ES2272093T3 - Composiciones y metodos para incrementar la mineralizacion de la substancia osea. - Google Patents
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Abstract
Una molécula de ácido nucleico aislada seleccionada del grupo formado por: (a) una molécula de ácido nucleico aislada que comprende el SEQ ID NO. 1, 5, 9, 11, 13 o 15, o una secuencia complementaria de la misma; (b) una molécula de ácido nucleico aislada que hibrida específicamente con la molécula de ácido nucleico de (a) en condiciones altamente restrictivas donde la hibridación se realiza en 5 x SSPE, 5 x solución de Denhardt y SDS al 0,5% durante la noche de 55 a 60ºC; y (c) un ácido nucleico aislado que codifica una proteína de unión al TGF-beta según (a) y (b); donde el ácido nucleico no es el ácido nucleico de cualquiera de los números de acceso AC003098, AA393939 y AI113131 de la base de datos EMBL.
Description
Composiciones y métodos para incrementar la
mineralización de la substancia ósea.
La presente invención se refiere en general a
productos y métodos farmacéuticos, y, más concretamente, a la
fabricación de medicamentos y composiciones adecuados para
incrementar el contenido mineral del hueso. Tales composiciones y
medicamentos pueden ser utilizados para tratar una amplia variedad
de condiciones, incluyendo por ejemplo, osteopenia, osteoporosis,
fracturas y otros trastornos en los cuales la densidad mineral del
hueso es un sello de la enfermedad.
A lo largo de la vida se pueden producir dos o
tres fases distintas de cambios para la masa ósea de un individuo
(ver Riggs, West J. Med. 154:63-77, 1991). La
primera fase se produce tanto en hombres como en mujeres, y prosigue
hasta la consecución de una masa ósea pico. Esta primera fase se
logra por medio del crecimiento lineal de las placas de crecimiento
endocondrales, y del crecimiento radial debido a una tasa de
aposición perióstica. La segunda fase comienza alrededor de los 30
años para el hueso trabecular (huesos planos tales como las
vértebras y la pelvis) y alrededor de los 40 años para el hueso
cortical (v.g., huesos largos encontrados en las extremidades) y
continúa durante la edad adulta. Esta fase se caracteriza por una
pérdida ósea lenta, y se produce tanto en hombres como en mujeres.
En mujeres, también se produce una tercera fase de pérdida de hueso,
muy probablemente debido a las deficiencias de estrógenos
post-menopáusicas. Solo durante esta fase, las
mujeres pueden perder un 10% adicional de masa ósea del hueso
cortical y un 25% del compartimento trabecular (ver Riggs,
supra).
La pérdida de contenido mineral del hueso puede
estar causada por una amplia variedad de condiciones, y puede
producir problemas médicos significativos. Por ejemplo, la
osteoporosis es una enfermedad debilitante en humanos caracterizada
por descensos marcados de masa de hueso esquelético y densidad
mineral, deterioro estructural del hueso incluyendo la degeneración
de la microarquitectura ósea y los correspondientes incrementos de
la fragilidad del hueso y la susceptibilidad a la fractura en los
individuos afectados. La osteoporosis en humanos está precedida de
osteopenia clínica (densidad mineral del hueso que es mayor de una
desviación típica pero menor de 2,5 desviaciones típicas por debajo
del valor medio para hueso adulto joven), un estado encontrado en
aproximadamente 25 millones de personas en los Estados Unidos. Otros
7-8 millones de pacientes en los Estados Unidos han
sido diagnosticados de osteoporosis clínica (definida como un
contenido mineral del hueso mayor de 2,5 desviaciones típicas por
debajo de la del hueso adulto joven maduro). La osteoporosis es una
de las enfermedades más costosas para el sistema sanitario, costando
decenas de millardos de dólares anualmente en los Estados Unidos.
Además de los costes relacionados con el cuidado de la salud, el
cuidado residencial a largo plazo y la pérdida de días de trabajo
son añadidos a los costes financieros y sociales de esta enfermedad.
En todo el mundo aproximadamente 75 millones de personas están en
riesgo de osteoporosis.
La frecuencia de osteoporosis en la población
humana aumenta con la edad, y entre los Caucásicos es predominante
en las mujeres (que comprenden el 80% de la reserva de pacientes con
osteoporosis en los Estados Unidos). El aumento de fragilidad y
susceptibilidad a la fractura del hueso esquelético en las personas
de edad se agrava por el mayor riesgo de caídas accidentales en esta
población. Se ha informado sobre más de 1,5 millones de fracturas
óseas relacionadas con la osteoporosis en los Estados Unidos cada
año. Las caderas, muñecas, y vértebras fracturadas están entre las
lesiones más comunes asociadas con la osteoporosis. Las fracturas de
cadera en particular son extremadamente incómodas y costosas para el
paciente, y para las mujeres se correlacionan con elevadas tasas de
mortalidad y morbilidad.
Aunque la osteoporosis ha sido definida como un
incremento del riesgo de fractura debido a un descenso de la masa
ósea, ninguno de los tratamientos disponibles en la actualidad para
los trastornos óseos puede incrementar sustancialmente la densidad
ósea de los adultos. Existe la percepción entre todos los médicos de
que se necesitan fármacos que puedan incrementar la densidad ósea en
adultos, particularmente en los huesos de la muñeca, la columna
vertebral y la cadera que están en riesgo de osteopenia y
osteoporosis.
Las estrategias actuales para la prevención de
la osteoporosis pueden ofrecer algún beneficio pero no pueden
asegurar la resolución de la enfermedad. Entre estas estrategias se
incluyen la actividad física moderada (particularmente en
actividades de soporte de pesos) con el inicio de la edad avanzada,
incluyendo calcio adecuado en la dieta, y evitando el consumo de
productos que contienen alcohol o tabaco. Para los pacientes que
presentan osteopenia clínica u osteoporosis, todos los fármacos
terapéuticos y estrategias actuales están dirigidos a reducir
adicionalmente la pérdida de masa ósea inhibiendo el proceso de
absorción ósea, un componente natural del proceso de remodelación
ósea que se produce constitutivamente.
Por ejemplo, ahora se están prescribiendo
estrógenos para retardar la pérdida de hueso. No obstante, hay
cierta controversia sobre si existe un beneficio a largo plazo para
los pacientes y si existe algún efecto en todos los pacientes de más
de 75 años de edad. Por otra parte, se cree que el uso de estrógenos
aumenta el riesgo de cáncer de mama o endometrio.
También se han sugerido dosis elevadas de calcio
en la dieta, con o sin vitamina D para mujeres
post-menopáusicas. No obstante, a menudo las dosis
elevadas de calcio tienen efectos secundarios gastrointestinales
desagradables, y los niveles de calcio en suero deben ser
controlados continuamente (ver Khosla y Riggs, Mayo Clin.
Proc. 70:978-982, 1995).
Entre otros agentes terapéuticos que han sido
sugeridos se incluyen calcitonina, bifosfonatos, esteroides
anabólicos y fluoruro de boro. Tales agentes terapéuticos sin
embargo, tienen efectos secundarios no deseables (v.g., la
calcitonina y los esteroides pueden causar náuseas y provocar una
reacción inmunitaria, los bifosfonatos y el fluoruro de sodio pueden
inhibir la reparación de las fracturas, incluso aunque la densidad
ósea aumente moderadamente) que pueden evitar su uso (ver Khosla y
Riggs, supra).
Las entradas AA393939 y AI11311 de la base de
datos EMBL tienen que ver con Expressed Sequence Tags (EST) para las
cuales no está indicada la función.
Ninguna estrategia terapéutica puesta en
práctica en la actualidad implica un fármaco que estimule o
intensifique el crecimiento de nueva masa ósea. La presente
invención proporciona composiciones para la fabricación de
medicamentos que pueden ser utilizados para incrementar la
mineralización ósea, y de este modo pueden ser utilizadas para
tratar una amplia variedad de condiciones en las que se desea
incrementar la masa ósea. Adicionalmente, la presente invención
proporciona otras ventajas relacionadas.
La presente invención proporciona una clase o
familia novedosa de proteínas de unión al TGF-beta,
así como análisis para seleccionar compuestos que incrementan el
contenido mineral del hueso y la densidad mineral del hueso,
compuestos que incrementan el contenido mineral del hueso y la
densidad mineral del hueso y la utilización de tales compuestos en
la fabricación de medicamentos para el tratamiento o la prevención
de una amplia variedad de condiciones.
La invención proporciona un ácido nucleico
aislado seleccionado del grupo formado por:
- (a)
- una molécula de ácido nucleico aislada que comprende el SEQ ID NO. 1, 5, 9, 11, 13 o 15, o una secuencia complementaria de la misma;
- (b)
- una molécula de ácido nucleico aislada que hibrida específicamente con la molécula de ácido nucleico de (a) en condiciones altamente restrictivas donde la hibridación se realiza en 5 x SSPE, 5 x solución de Denhardt y SDS al 0,5% durante la noche de 55 a 60ºC; y
- (c)
- un ácido nucleico aislado que codifica una proteína de unión al TGF-beta según (a) y (b); donde el ácido nucleico no es el ácido nucleico de cualquiera de los números de acceso AC003098, AA393939 y AI113131 de la base de datos EMBL.
Dentro de los aspectos relacionados de la
presente invención, se proporcionan moléculas de ácido nucleico
aisladas basadas en la hibridación a una porción solamente de una de
las secuencias identificadas antes (v.g., para (a) la hibridación
puede ser con una sonda de al menos 20, 25, 50 o 100 nucleótidos
seleccionados entre los nucleótidos 156 a 539 o 555 a 687 del SEQ ID
NO. 1). Como debe resultar fácilmente evidente, las condiciones
restrictivas necesarias que se van a utilizar para la hibridación
pueden variar basándose en el tamaño de la sonda. Por ejemplo, para
una sonda de 25-meros entre las condiciones muy
restrictivas se podrían incluir Tris 60 mM pH 8,0, EDTA 2 mM, 5x
solución de Denhardt, 6x SSC, N-laurilsarcosina al
0,1% (p/v), NP-40 al 0,5% (p/v) (nonidet
P-40) durante la noche a 45 grados centígrados,
seguido de dos lavados con 0,2x SSC/SDS al 0,1% a
45-50 grados. Para una sonda de
100-meros en condiciones poco restrictivas, entre
las condiciones adecuadas se podrían incluir las siguientes: 5x
SSPE, 5x Denhardt y SDS al 0,5% durante la noche a
42-50 grados, seguido de dos lavados con 2x SSPE (o
2x SSC)/SDS al 0,1% a 42-50 grados.
Se proporcionan moléculas de ácido nucleico
aisladas que tienen homología con los SEC de ID Núms. 1, 5, 7, 9,
11, 13 o 15, a un nivel de homología del 50%, 60%, 75%, 80%, 90%,
95% o 98% utilizando un algoritmo de Wibur-Lipman.
Entre los ejemplos representativos de tales moléculas de ácido
nucleico aisladas se incluyen, por ejemplo, moléculas de ácido
nucleico que codifican una proteína que comprende las Secuencias de
ID Núms. 2, 6, 10, 12, 14, o 16, o tienen homología con estas
secuencias a un nivel del 50%, 60%, 75%, 80%, 90%, 95%, o 98% de
nivel de homología utilizando un algoritmo de
Lipman-Pearson.
Las moléculas de ácido nucleico aisladas tienen
típicamente un tamaño de menos de 100 kb, y en ciertas
realizaciones, menos de 50 kb, 25 kb, 10 kb, o incluso 5 kb de
tamaño. Adicionalmente, las moléculas de ácido nucleico aisladas, en
otras realizaciones, no existen en una "genoteca" de otras
moléculas de ácido nucleico no relacionado (v.g., un subclon BAC tal
como se describe en el Núm. de Acceso de GenBank AC003098 y el Núm.
EMB AQ171546). No obstante, las moléculas de ácido nucleico aisladas
pueden ser encontradas en genotecas de moléculas relacionadas (v.g.,
para transposición genética, tal como se describe en las Patentes
de los Estados Unidos Núms. 5.837.458, 5.830.721; y 5.811.238).
Finalmente, las moléculas de ácido nucleico aisladas como se
describen aquí no incluyen moléculas de ácido nucleico que codifican
Dan, Cerberus, Gremlin, o SCGF (Patente de los Estados Unidos Núm.
5.780.263).
También son proporcionados por la presente
invención vectores de clonación que contienen las moléculas de ácido
nucleico indicadas antes, y vectores de expresión que comprenden un
promotor (v.g., una secuencia reguladora) conectada operablemente a
una de las moléculas de ácido nucleico indicada antes. Entre los
ejemplos representativos de los promotores adecuados se incluyen
promotores específicos de tejidos, y promotores basados en virus
(v.g., promotores basados en CMV tales como 1-E de
CMV, el promotor temprano de SV40, y LTR de MuLV). Los vectores de
expresión también pueden estar basados en, o derivados de virus
(v.g., un "vector viral"). Entre los ejemplos representativos
de los vectores virales se incluyen los vectores virales del herpes
simplex, los vectores adenovirales, los vectores virales asociados
con adenovirus y los vectores retrovirales. También se proporcionan
células huésped que contienen o que comprenden cualquiera de los
vectores indicados antes (incluyendo por ejemplo, células huésped de
origen humano, de mono, de perro, de rata, o de ratón).
En otros aspectos de la presente invención, se
proporcionan métodos de producción de proteínas de unión al
TGF-beta, que comprenden la etapa de cultivar la
célula huésped anteriormente mencionada que contiene el vector en
unas condiciones y durante un tiempo suficiente para producir la
proteína de unión al TGF-beta. En realizaciones
adicionales, la proteína producida mediante este método puede ser
purificada adicionalmente (v.g., mediante cromatografía en columna,
purificación de afinidad, y similares). Por tanto, las proteínas
aisladas que son codificadas por las moléculas de ácido nucleico
indicadas antes (v.g., Secuencias de ID Núms. 2, 4, 6, 8, 10, 12,
14 o 16) pueden ser fácilmente producidas dada la descripción de la
solicitud sujeto.
Asimismo se debe observar que las proteínas
mencionadas antes, o fragmentos de las mismas, pueden ser producidas
como proteínas de fusión. Por ejemplo, en un aspecto se proporcionan
proteínas de fusión que comprenden un primer segmento polipeptídico
de una proteína de unión al TGF-beta codificada por
una molécula de ácido nucleico como se ha descrito antes, o una
porción de la misma de al menos 10, 20, 30, 50, o 100 aminoácidos de
longitud, y un segundo segmento polipeptídico que comprende una
proteína que no es de unión al TGF-beta. En ciertas
realizaciones, el segundo polipéptido puede ser una etiqueta
adecuada para la purificación o el reconocimiento (v.g., un
polipéptido que comprende múltiples restos aminoácido aniónicos -
ver la Patente de los Estados Unidos Núm. 4.851.341), un marcador
(v.g., la proteína verde fluorescente, o la fosfatasa alcalina), o
una molécula tóxica (v.g., ricino).
En otro aspecto de la presente invención, se
proporcionan anticuerpos que son capaces de unirse específicamente a
la clase descrita antes de las proteínas de unión al
TGF-beta (v.g., BEER humana). En varias
realizaciones, el anticuerpo puede ser un anticuerpo policlonal, o
un anticuerpo monoclonal (v.g., humano o de origen de ratón). En
realizaciones adicionales, el anticuerpo es un fragmento de un
anticuerpo que conserva las características de unión de un
anticuerpo completo (v.g., un fragmento F(ab')_{2},
F(ab)_{2}, Fab', Fab, o Fv, o incluso una CDR).
Asimismo se proporcionan hibridomas y otras células que son capaces
de producir o expresar los anticuerpos anteriormente
mencionados.
mencionados.
En aspectos relacionados de la invención, se
proporcionan métodos que detectan una proteína de unión al
TGF-beta, que comprenden las etapas de incubar un
anticuerpo como se ha descrito antes en unas condiciones y durante
un tiempo suficiente para permitir que dicho anticuerpo se una a una
proteína de unión al TGF-beta, y detectar la unión.
En varias realizaciones el anticuerpo puede ser unido a un soporte
sólido para facilitar el lavado o la separación, y/o marcado (v.g.,
con un marcador seleccionado del grupo formado por las enzimas, las
proteínas fluorescentes, y los radioisótopos).
En otros aspectos de la presente invención, se
proporcionan oligonucleótidos aislados que hibridan con una molécula
de ácido nucleico según los SEC ID Núms. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15,
17, 0 18 o su complemento, en condiciones muy restrictivas. En
realizaciones adicionales, el oligonucleótido puede ser encontrado
en la secuencia que codifica los SEC ID Núms. 2, 4, 6, 8, 10, 12,
14, o 16. En ciertas realizaciones, el oligonucleótido tiene una
longitud de al menos 15, 20, 30, 50, o 100 nucleótidos. En
realizaciones adicionales, el oligonucleótido está marcado con otra
molécula (v.g., una enzima, molécula fluorescente, o radioisótopo).
Asimismo se proporcionan cebadores que son capaces de amplificar
específicamente toda o una porción de las moléculas de ácido
nucleico mencionadas antes que codifican proteínas de unión de
TGF-beta. Según se utiliza aquí, se debe entender
que el término "amplificar específicamente" hace referencia a
cebadores que amplifican las proteínas de unión al
TGF-betas mencionadas antes, y no otras proteínas de
unión al TGF-beta tales como Dan, Cerberus, Gremlin,
o SCGF (patente de los Estados Unidos Núm. 5.780.263).
En aspectos relacionados de la presente
invención, se proporcionan métodos para detectar una molécula de
ácido nucleico que codifica una proteína de unión al
TGF-beta, que comprende las etapas de incubar un
oligonucleótido como se ha descrito antes en condiciones muy
restrictivas, y detectar la hibridación de dicho oligonucleótido. En
ciertas realizaciones, el oligonucleótido puede estar marcado y/o
unido a un soporte sólido.
En otros aspectos de la presente invención, se
proporcionan ribozimas que son capaces de escindir ARN que codifica
una de las proteínas de unión al TGF-beta (v.g. SEC
ID Núms. 2, 6, 8, 10, 12, 14, o 16). Tales ribozimas pueden estar
compuestas por ADN, ARN (incluyendo ácidos
2'-O-metilrribonucleicos), análogos
de ácido nucleico (v.g., ácidos nucleicos que tienen enlaces
fosforotioato) o mezclas de los mismos. Asimismo se proporcionan
moléculas de ácido nucleico (v.g., ADN o ADNc) que codifican estas
ribozimas, y vectores que son capaces de expresar o producir las
ribozimas. Entre los ejemplos representativos de los vectores se
incluyen plásmidos, retrotransposones, cósmidos, y vectores basados
en virus (v.g., vectores virales generados al menos en parte a
partir de un retrovirus, adenovirus, o virus
adeno-asociado). También se proporcionan células
huésped (v.g., células humanas, de perro, de rata o de ratón) que
contienen estos vectores. En ciertas realizaciones, la célula
huésped puede ser transformada establemente con el vector.
En aspectos adicionales de la invención, se
proporcionan métodos para producir ribozimas o bien sintéticamente,
o bien mediante transcripción in vitro o in vivo. En
realizaciones adicionales, las ribozimas así producidas pueden ser
purificadas adicionalmente y/o formuladas en composiciones
farmacéuticas (v.g., la ribozima o la molécula de ácido nucleico que
codifica la ribozima junto con un portador o diluyente
farmacéuticamente aceptable). De un modo similar, los
oligonucleótidos antisentido y los anticuerpos u otras moléculas
seleccionadas descritas aquí pueden ser formuladas en composiciones
farmacéuticas.
En otros aspectos de la presente invención, se
proporcionan oligonucleótidos antisentido que comprenden una
molécula de ácido nucleico que hibrida con una molécula de ácido
nucleico según los SEC ID Núms. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, o 15, o el
complemento de esta, y donde dicho oligonucleótido inhibe la
expresión de la proteína de unión al TGF-beta como
se describe aquí (v.g., BEER humana). En diversas realizaciones, el
oligonucleótido tiene una longitud de 15, 20, 25, 30, 35, 40, o 50
nucleótidos. Preferiblemente, el oligonucleótido tiene menos de 100,
75 o 60 nucleótidos de longitud. Como debe resultar fácilmente
evidente, el oligonucleótido puede constar de uno o más análogos de
ácido nucleico, ácidos ribonucleicos, o ácidos desoxirribonucleicos.
Adicionalmente, el oligonucleótido puede ser modificado por uno o
más enlaces, incluyendo por ejemplo, enlaces covalentes tales como
un enlace fosforotioato, un enlace fosfotriéster, un enlace
metilfosfonato, un enlace metilen(imino), un enlace
morfolino, un enlace amido, un enlace poliamido, un enlace
interazúcar alquílico de cadena corta, un enlace interazúcar
cicloalquílico, un enlace interazúcar heteroatómico de cadena corta
y un enlace interazúcar heterocíclico. Un ejemplo representativo de
un oligonucleótido quimérico es proporcionado en la Patente de los
Estados Unidos Núm. 5.989.912.
Otro aspecto más de la presente invención
proporciona el uso de una ribozima como se ha descrito antes en la
fabricación de un medicamento para incrementar la mineralización
ósea en un animal de sangre caliente donde el medicamento introduce
una cantidad efectiva de ribozima en el animal. En aspectos
relacionados, tales medicamentos introducen en un paciente una
cantidad efectiva de la molécula de ácido nucleico o vector
descritos aquí que es capaz de producir la ribozima deseada, siendo
introducido el medicamento en condiciones que favorecen la
transcripción de la molécula de ácido nucleico para producir la
ribozima.
En otros aspectos de la invención se
proporcionan animales no humanos, transgénicos. En una realización
se proporciona un animal transgénico cuyas células germinales y
células somáticas contienen una molécula de ácido nucleico que
codifica una proteína de unión al TGF-beta como se
ha descrito antes que está conectada operablemente a un promotor
efectivo para la expresión del gen, siendo introducido el gen en el
animal, o ancestro del animal, en una fase embrionaria, con la
condición de que dicho animal no sea humano. En otras realizaciones,
se proporcionan animales modificados genéticamente transgénicos,
que comprenden un animal cuyas células germinales y células
somáticas comprenden una desorganización de al menos un alelo de una
molécula de ácido nucleico endógena que hibrida con una molécula de
ácido nucleico que codifica una proteína de unión al
TGF-beta como se ha descrito aquí, donde la
desorganización evita la transcripción del ARN mensajero a partir de
dicho alelo en comparación con un animal sin la desorganización, con
la condición de que el animal no sea un humano. En varias
realizaciones, la desorganización es una deleción, sustitución o
inserción en el ácido nucleico. En otras realizaciones el animal
transgénico es un ratón, rata, oveja, cerdo o perro.
En aspectos adicionales de la invención, se
proporcionan estuches para la detección de la expresión de la
proteína de unión al TGF-beta, que comprenden un
recipiente que comprende una molécula de ácido nucleico, donde la
molécula de ácido nucleico se selecciona del grupo formado por (a)
una molécula de ácido nucleico que comprende la secuencia de
nucleótidos de los SEC ID Núms. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 o 15; (b) una
molécula de ácido nucleico que comprende el complemento de la
secuencia de nucleótidos de (a); (c) una molécula de ácido nucleico
que es un fragmento de (a) o (b) de al menos 15, 20, 30, 50, 75, o
100 nucleótidos de longitud. Asimismo se proporcionan estuches para
la detección de una proteína de unión al TGF-beta
que comprenden un recipiente que comprende uno de los anticuerpos
para la proteína de unión al TGF-beta descritos
aquí.
Por ejemplo, en un aspecto de la presente
invención se proporcionan métodos para determinar si una molécula
seleccionada es capaz de incrementar el contenido mineral del hueso,
que comprenden las etapas de (a) mezclar una o más moléculas
candidato con la proteína de unión al TGF-beta
codificada por la molécula de ácido nucleico según la reivindicación
1 y un miembro seleccionado de la familia de proteínas del
TGF-beta (v.g., BMP 5 o 6), (b) determinar si la
molécula candidato altera la señalización del miembro de la familia
del TGF-beta, altera o unión de la proteína de unión
al TGF-beta al miembro de la familia del
TGF-beta. En ciertas realizaciones, la molécula
altera la capacidad de TGF-beta para funcionar como
regulador positivo de la diferenciación de las células del
mesénquima. En este aspecto de la presente invención, la molécula o
las moléculas candidato pueden alterar la señalización o la unión,
por ejemplo, disminuyendo (v.g., inhibiendo), o incrementando (v.g.,
intensificando) la señalización o la unión.
En otro aspecto más, se proporcionan los métodos
para determinar si una molécula seleccionada es capaz de incrementar
el contenido mineral del hueso, comprendiendo la etapa de determinar
si una molécula seleccionada inhibe la unión de la proteína de unión
al TGF-beta al hueso, o un análogo de la misma.
Entre los ejemplos representativos de hueso o de los análogos del
mismo se incluyen hidroxiapatita y muestras de hueso humano primario
obtenidas mediante biopsia.
En ciertas realizaciones de los métodos citados
antes, la molécula seleccionada está contenida en una mezcla de
moléculas y los métodos pueden comprender adicionalmente la etapa de
aislar una o más moléculas que son funcionales en el análisis. En
otras realizaciones más, la familia de proteínas del
TGF-beta está unida a un soporte sólido y se mide la
unión de la proteína de unión al TGF-beta o las
proteínas de unión al TGF-beta están unidas a un
soporte sólido y se mide la unión de las proteínas de unión al
TGF-beta.
Utilizando métodos tales como los descritos
antes, se pueden analizar una amplia variedad de moléculas en cuanto
a su capacidad para incrementar el contenido mineral del hueso
inhibiendo la unión de la proteína de unión al
TGF-beta a la familia de las proteínas de
TGF-beta. Entre los ejemplos representativos de
tales moléculas se incluyen proteínas o péptidos, moléculas
orgánicas, y moléculas de ácido nucleico.
En otros aspectos relacionados la invención
proporciona el uso de una molécula identificada a partir de los
análisis citados aquí en la fabricación de un medicamento que
incrementa el contenido mineral del hueso en un animal de sangre
caliente, donde los medicamentos administran a un animal de sangre
caliente una cantidad terapéuticamente efectiva de una molécula
identificada a partir de los análisis citados aquí. En otro aspecto,
la invención proporciona el uso de una molécula que inhibe la unión
de la proteína de unión al TGF-beta a la
súper-familia de proteínas del
TGF-beta, incluyendo las proteínas morfogénicas del
hueso (BMP), en la fabricación de un medicamento para incrementar
el contenido mineral del hueso en un animal de sangre caliente. Los
medicamentos proporcionan una cantidad terapéuticamente eficaz de la
molécula. Entre los ejemplos representativos de las moléculas
adecuadas se incluyen moléculas antisentido, ribozimas, genes de
ribozimas y anticuerpos (v.g., un anticuerpo humanizado) que
reconocen específicamente y alteran la actividad de la proteína de
unión al TGF-beta.
En otro aspecto la presente invención
proporciona el uso de células que buscan el hueso y que han tenido
un vector que dirige la expresión de una molécula que inhibe la
unión de la proteína de unión al TGF-beta a la
familia de proteínas del TGF-beta y proteínas
morfogénicas del hueso (BMP) introducidas en ellas, en la
fabricación de un medicamento para incrementar el contenido mineral
del hueso en un animal de sangre caliente. Según se utiliza aquí, se
debe entender que las "células buscan el hueso" si localizan la
matriz del hueso después de la administración periférica. En una
realización, la invención comprende adicionalmente, antes de la
etapa de introducción, el aislamiento de células de la médula del
hueso que buscan el hueso. En una realización adicional, las células
que buscan el hueso se seleccionan del grupo formado por las células
CD34+ y los osteoblastos.
En otros aspectos de la presente invención, se
proporcionan moléculas (preferiblemente aisladas) que inhiben la
unión de la proteína de unión al TGF-beta a la
súper-familia de proteínas del
TGF-beta.
En realizaciones adicionales, las moléculas
pueden ser proporcionadas en forma de una composición, y pueden
comprender adicionalmente un inhibidor de la resorción ósea. Entre
los ejemplos representativos de tales inhibidores se incluyen
calcitonina, estrógeno, un bisfosfonato, un factor de crecimiento
que tenga actividad anti-resorción y tamoxifeno.
Entre los ejemplos representativos de las
moléculas que pueden ser utilizadas en los contextos terapéuticos
anteriormente mencionados se incluyen, v.g., ribozimas, genes de
ribozimas, moléculas antisentido, y/o anticuerpos (v.g., anticuerpos
humanizados). Tales moléculas pueden ser utilizadas, dependiendo de
su selección, para alterar, ejercer un efecto antagónico o ejercer
un efecto agonístico de la señalización o la unión de un miembro de
la familia de proteínas de unión al TGF-beta como se
ha descrito aquí.
Con varias realizaciones de la invención, las
moléculas y medicamentos descritos antes para el tratamiento o la
prevención pueden ser utilizados en condiciones tales como
osteoporosis, osteomalasia, enfermedad periodontal, escorbuto,
Enfermedad de Cushing, fractura de huesos y condiciones debidas a la
inmovilización de miembros y uso de esteroides.
Estos y otros aspectos de la presente invención
se harán evidentes tras la referencia a la siguiente descripción
detallada y dibujos adjuntos. Además, se muestran aquí diversas
referencias que describen con más detalle ciertos procedimientos o
composiciones (v.g., plásmidos, etc.)
La Figura 1 es una ilustración esquemática que
compara la secuencia de aminoácidos de Dan Humana; Gremlin Humana;
Cerberus Humana y Beer Humana. Las flechas indican el esqueleto de
Cisteína.
La Figura 2 resume los resultados obtenidos
partir de la inspección de una variedad de tejidos humanos para la
expresión de un gen de la proteína de unión al
TGF-beta, específicamente, el gen Beer Humano. Se
utilizó un procedimiento de transcripción
Inversa-Reacción en Cadena de la Polimerasa
semi-cuantitativo (RT-PCR) para
amplificar una porción del gen de ADNc de la primera hebra
sintetizada a partir del ARN total (descrito con más detalle en el
Ejemplo 2A).
La Figura 3 resume los resultados obtenidos a
partir del ARN la hibridación in situ de secciones de embrión
de ratón, utilizando una sonda de ARNc que es complementaria al
transcrito Beer de ratón (descrito con más detalle en el Ejemplo
2B). El panel A es una sección transversal de embriones de 10,5 dpc.
El panel B es una sección sagital de embriones de 12,5 dpc y los
paneles C y D son secciones sagitales de embriones de 15,5 dpc.
La Figura 4 ilustra, mediante análisis de
transferencia western, la especificidad de tres anticuerpos
policlonales diferentes para sus respectivos antígenos (descrito con
más detalle en el Ejemplo 4). La Figura 4A muestra la reactividad
específica de un anticuerpo anti-H. Beer para el
antígeno H. Beer, pero no H. Dan o H. Gremlin. La Figura 4B muestra
la reactividad de un anticuerpo anti-H. Gremlin para
el antígeno H. Gremlin, pero no H. Beer o H. Dan. La Figura 4C
muestra la reactividad de un anticuerpo anti-H. Dan
para H. Dan, pero no para H. Beer o H. Gremlin.
La Figura 5 ilustra, mediante análisis de
transferencia western, la selectividad de la proteína de unión al
TGF-beta, Beer, para BMP-5 y
BMP-6, pero no BMP-4 (descrito con
más detalle en el Ejemplo 5).
La Figura 6 demuestra que la interacción iónica
entre la proteína de unión al TGF-beta, Beer, y
BMP-5 tiene una constante de disociación en el
intervalo de 15-30 nM.
Antes de exponer la invención con detalle, puede
servir de ayuda para la comprensión de la misma mostrar las
definiciones de ciertos términos y enumerar y definir las
abreviaturas que se utilizarán más adelante.
Se debe entender que "molécula"
incluye proteínas o péptidos (v.g., anticuerpos, pares de unión
recombinantes, péptidos con una afinidad de unión deseada), ácidos
nucleicos (v.g., ADN, ARN, moléculas de ácido nucleico quiméricas, y
análogos de ácidos nucleicos tales como PNA); y compuestos orgánicos
e inorgánicos.
Se debe entender que
"TGF-beta" incluye cualquier miembro
conocido o novedoso de la súper-familia del
TGF-beta, lo que también incluye las proteínas
morfogénicas del hueso (BMP).
Se debe entender que "receptor del
TGF-beta" hace referencia al receptor
específico para un miembro concreto de la
super-familia del TGF-beta
(incluyendo las proteínas morfogénicas del hueso (BMP)).
Se debe entender que "proteína de unión al
TGF-beta" hace referencia a una proteína con
una afinidad de unión específica para un miembro concreto o subgrupo
de miembros de la super-familia del
TGF-beta (incluyendo las proteínas morfogénicas del
hueso (BMP)). Entre los ejemplos específicos de las proteínas de
unión al TGF-beta se incluyen las proteínas
codificadas por las Secuencias de ID Núms. 1, 5, 7, 9, 11, 13 y
15.
Se debe entender que "la unión de la
proteína de unión al TGF-beta a la familia de
proteínas del TGF-beta y las proteínas morfogénicas
del hueso (BMP)" hace referencia a moléculas que permiten la
activación de TGF-beta o proteínas morfogénicas del
hueso (BMP), o permiten la unión de miembros de la familia del
TGF-beta incluyendo las proteínas morfogénicas del
hueso (BMP) a sus respectivos receptores, separando o evitando la
unión del TGF-beta con la proteína de unión al
TGF-beta. Semejante inhibición puede ser completada,
por ejemplo, mediante moléculas que inhiben la unión de la proteína
de unión al TGF-beta a miembros específicos de la
súper-familia del
TGF-beta.
TGF-beta.
"Vector" hace referencia a un
ensamblaje que es capaz de dirigir la expresión de la proteína
deseada. El vector debe incluir elementos promotores
transcripcionales que estén conectados operablemente al gen o los
genes de interés. El vector puede constar de ácidos
desoxirribonucleicos ("ADN"), ácidos ribonucleicos
("ARN"), o una combinación de los dos (v.g. quimérico de
ADN-ARN). Opcionalmente, el vector puede incluir una
secuencia de poliadenilación, uno o más sitios de restricción, así
como uno o más marcadores seleccionables tales como
neomicina-fosfotransferasa o
higromicina-fosfotransferasa. Adicionalmente,
dependiendo de la célula huésped elegida y del vector empleado,
también se pueden incorporar otros elementos genéticos tales como un
origen de replicación, sitios de restricción de ácidos nucleicos
adicionales, intensificadores, secuencias que confieran
inducibilidad de transcripción, y también se pueden incorporar
marcadores seleccionables en los vectores descritos aquí.
Una "molécula de ácido nucleico
aislada" es una molécula de ácido nucleico que no está
integrada en el ADN genómico de un organismo. Por ejemplo, una
molécula de ADN que codifica una proteína de unión al TGF que ha
sido separada del ADN genómico de una célula eucariótica es una
molécula de ADN aislada. Otro ejemplo de una molécula de ácido
nucleico aislada es una molécula de ácido nucleico sintetizada
químicamente que no está integrada en el genoma del organismo. La
molécula de ácido nucleico aislada puede ser de ADN genómico, ADNc,
ARN, o constar de al menos una parte de análogos de ácido
nucleico.
Un "polipéptido aislado" es un
polipéptido que está esencialmente libre de componentes celulares
contaminantes, tales como carbohidratos, lípidos u otras impurezas
proteináceas asociadas con el polipéptido en la naturaleza. En
ciertas realizaciones, una separación de proteínas concreta contiene
un polipéptido aislado si éste aparece nominalmente como una única
banda sobre el gel de SDS-PAGE con tinción de Azul
Coomassie. "Aislado" cuando se refiere a moléculas
orgánicas significa que los compuestos son puros en más del 90 por
ciento utilizando métodos que son bien conocidos en la técnica
(v.g., RMN, punto de fusión).
"Esclerosteosis". Esclerosteosis es
un término que fue aplicado por Hansen (1967) (Hansen, H.G.,
Sklerosteose. En: Opitz, H., Schmid, F., Handbuch der
Kinderheilkunde. Berlín: Springer (pub.) 6 1967. págs.
351-355) a un trastorno similar a hiperostosis
cortical generalizada de van Buchem pero posiblemente difiriendo en
la apariencia radiológica de los cambios del hueso y en la presencia
de sindactilia cutánea asimétrica de los dedos índice y medio en
muchos casos. La mandíbula tiene una apariencia inusualmente
cuadrada en esta afección.
Los "anticuerpos humanizados" son
proteínas recombinantes en las cuales las regiones determinantes de
la complementariedad de ratón de los anticuerpos monoclonales han
sido transferidas de cadenas variables pesadas y ligeras de la
inmunoglobulina de ratón a un dominio variable humano.
Según se utiliza aquí, un "fragmento de
anticuerpo" es una porción de un anticuerpo tal como
F(ab')_{2}, F(ab)_{2}, Fab', y similar. Sin
tener en cuenta la estructura, un fragmento de anticuerpo se une con
el mismo antígeno que es reconocido por el anticuerpo intacto. Por
ejemplo, un fragmento de un anticuerpo monoclonal para la proteína
de unión al TGF-beta se une con un epítopo de la
proteína de unión al TGF-beta.
El término "fragmento de anticuerpo"
también incluye cualquier proteína sintética o diseñada
genéticamente que actúa como un anticuerpo uniéndose a un antígeno
específico para formar un complejo. Por ejemplo, entre los
fragmentos de anticuerpo se incluyen fragmentos aislados que constan
de la región variable de la cadena ligera, fragmentos "Fv" que
constan de las regiones variables de las cadenas pesadas y ligeras,
moléculas polipeptídicas de una única cadena recombinante en las
cuales las regiones variables ligeras y pesadas están conectadas por
un conector peptídico ("proteínas sFv"), y unidades de
reconocimiento mínimas que constan de los restos aminoácido que
imitan la región hipervariable.
Una "marca detectable" es una
molécula o átomo que puede ser conjugada con un radical de un
anticuerpo para producir una molécula útil para las diagnosis. Entre
los ejemplos de las marcas se incluyen quelantes, agentes
fotoactivos, radioisótopos, agentes fluorescentes, iones
paramagnéticos, enzimas, y otros radicales marcadores.
Según se utiliza aquí, un "producto
inmunoconjugado" es una molécula que comprende un
anticuerpo anti-proteína de unión a
TGF-beta, o un fragmento de anticuerpo, y una marca
detectable. Un producto inmunoconjugado tiene más o menos la misma
capacidad, o una capacidad solo ligeramente reducida para unirse a
la proteína de unión al TGF-beta después de la
conjugación que antes de la conjugación.
Abreviaturas: TGF-beta -
"Factor de Crecimiento Transformante-beta";
TGF-bBP - "Proteína de unión al Factor de
Crecimiento Transformante-beta" (una
TGF-bBP representativa se denomina "H. Beer");
BMP - "proteína morfogénica del hueso"; PCR - "reacción en
cadena de la polimerasa"; RT-PCR - procedimiento
de PCR en el cual el ARN es transcrito primero a ADN en la primera
etapa utilizando la transcriptasa inversa (RT); ADNc - cualquier ADN
elaborado copiando una secuencia de ARN en forma de ADN.
Como se ha indicado antes, la presente invención
proporciona una clase novedosa de proteínas de unión al
TGF-beta, así como medicamentos y composiciones para
incrementar el contenido mineral del hueso en animales de sangre
caliente. Brevemente, las presentes invenciones se basan en el
descubrimiento inesperado de que una mutación en el gen que codifica
un miembro novedoso de la familia de las proteínas de unión al
TGF-beta produce una rara afección (esclerosteosis)
caracterizada por contenidos minerales de los huesos que son una a
cuatro veces superiores que en individuos normales. De este modo,
como se discute con más detalle más abajo este descubrimiento ha
conducido al desarrollo de análisis que pueden ser utilizados para
seleccionar moléculas que inhiben la unión de la proteína del unión
al TGF-beta a la familia de proteínas del
TGF-beta y las proteínas morfogénica del hueso
(BMP), y de medicamentos que utilizan tales moléculas para
incrementar el contenido mineral del hueso de animales de sangre
caliente (incluyendo por ejemplo, humanos).
Esclerosteosis es un término que fue aplicado
por Hansen (1967) (Hansen, H.G., Sklerosteose. Opitz, H., Schmid,
F., Handbuch der Kinderheilkunde. Berlín: Springer (pub.) 6 1967.
págs. 351-355) a un trastorno similar a la
hiperostosis cortical generalizada de van Buchem pero posiblemente
difiriendo en la apariencia radiológica de los cambios del hueso y
en la presencia de sindactilia cutánea asimétrica de los dedos
índice y medio en muchos casos.
Se sabe ahora que la esclerosteosis es una
alteración semi-dominante autosómica que está
caracterizada por lesiones escleróticas ampliamente diseminadas del
hueso en el adulto. La afección es progresiva. La esclerosteosis
también tiene un aspecto evolutivo que está asociado con la
sindactilia (dos o más dedos están juntos). El Síndrome de
Esclerosteosis está asociado con una gran estatura y muchos
individuos afectados alcanzan una altura de uno con ochenta y tres
metros (seis pies) o más. El contenido mineral del hueso de los
homozigotos puede ser de 1 a 6 veces por encima de los individuos
normales y la densidad mineral del hueso puede ser de 1 a 4 veces
por encima de los valores normales (v.g., de hermanos no
gemelos).
\newpage
El Síndrome de Esclerosteosis se produce
principalmente en Afrikaaners de descendencia Alemana en Sudáfrica.
Aproximadamente 1/140 individuos de la población Afrikaaner son
portadores del gen mutado (heterozigotos). La mutación muestra una
penetrancia del 100%. Existen informes anecdóticos de aumento de la
densidad mineral del huso en heterozigotos con patologías no
asociadas (sindactilia o sobrecrecimiento del cabeza ósea).
En la actualidad parece que no hay anomalía del
eje de la pituitaria-hipotálamo en la
Esclerosteosis. En particular, no parece haber
sobre-producción de la hormona del crecimiento ni de
la cortisona. Además, los niveles de hormonas sexuales son normales
en los individuos afectados. No obstante, los marcadores de recambio
óseo (fosfatasa alcalina específica de osteoblastos, osteocalcina,
propéptido C' de procolágeno de tipo I (PICP), y fosfatasa alcalina
total, (ver Comier, C., Curr. Opin. In Rheu. 7:243, 1995)
indican que existe actividad hiperosteoblástica asociada con la
enfermedad pero que hay una actividad osteoclástica normal a
débilmente disminuida medida mediante marcadores de resorción ósea
(piridinolina, desoxipiridinolina, N-telopéptido,
hidroxiprolina urinaria, fosfatasas ácidas resistentes al ácido en
plasma y galactosilhidroxilisina (ver Coomier, supra)).
La esclerosteosis se caracteriza por el depósito
continuo de hueso a lo largo de todo el esqueleto durante la vida de
los individuos afectados. En homozigotos el depósito continuo de
mineral del hueso conduce a un sobrecrecimiento del hueso en las
áreas del esqueleto en las que hay una ausencia de mecanorreceptores
(cabeza ósea, mandíbula, cráneo). En homozigotos con Esclerosteosis,
el sobrecrecimiento de los huesos de la cabeza ósea conduce a una
compresión craneal y eventualmente a la muerte debido a una presión
hidrostática excesiva sobre el tallo encefálico. En todas las demás
partes del esqueleto existe una esclerosis generalizada y difusa.
Las áreas corticales de los huesos largos están enormemente
engrosadas dando como resultado un incremento sustancial en la
resistencia del hueso. Las conexiones trabeculares tienen un grosor
incrementado que a su vez aumenta la fuerza del hueso trabecular.
Los huesos escleróticos aparecen normalmente opacos a los rayos
x.
Como se describe con más detalle en el Ejemplo
1, la rara mutación genética que es responsable del Síndrome de
Esclerosteosis ha sido localizada hacia la región del cromosoma
humano 17 que codifica un miembros novedoso de la familia de las
proteínas de unión al TGF-beta (un ejemplo
representativo del cual es denominado "H. Beer"). Como se
describe con más detalle más abajo, basándose en este
descubrimiento, el mecanismo de mineralización ósea se comprende más
completamente, permitiendo el desarrollo de análisis para moléculas
que incrementan la mineralización ósea, y el uso de tales moléculas
en la fabricación de medicamentos para incrementar el contenido
mineral del hueso, y en el tratamiento o la prevención de un amplio
número de enfermedades.
La súper-familia del Factor de
Crecimiento Transformante-beta
(TGF-beta) contiene una variedad de factores de
crecimiento que comparten elementos de la secuencia comunes y
unidades estructurales (a los niveles tanto secundarios como
terciarios). Se sabe que esta familia de proteínas ejerce un amplio
espectro de respuestas biológicas sobre una gran variedad de tipos
celulares. Muchas de ellas tienen importantes funciones durante el
desarrollo embrionario en la formación del patrón y la
especificación de tejidos; en adultos, están implicadas, v.g., en la
curación de heridas y la reparación ósea y la remodelación ósea, y
en la modulación del sistema inmunitario. Además de los tres
TGF-beta, en la súper-familia se
incluyen las Proteínas Morfogénicas del Hueso (BMP), Activinas,
Inhibinas, Factores de Crecimiento y Diferenciación (GDF), y
Factores Neurotróficos Derivados de la Glía. La clasificación
primaria es establecida por medio de rasgos de la secuencia general
que vinculan una proteína específica a una
sub-familia general. La estratificación adicional
dentro de la sub-familia es posible debido a una
conservación de la secuencia más estricta entre los miembros de un
grupo más pequeño. En ciertos casos, tales como
BMP-5, BMP-6 y
BMP-7, esta puede ser tan elevada como el 75 por
ciento de homología de aminoácidos entre los miembros del grupo más
pequeño. Este nivel de identidad permite que una única secuencia
representativa ilustre los elementos bioquímicos clave del
sub-grupo que la separa de los otros miembros de la
familia más grande.
El TGF-beta señala induciendo la
formación de complejos hetero-oligoméricos de los
receptores tipo I y de tipo II. La estructura cristalina del
TGF-beta2 ha sido determinada. El plegado general
del monómero de TGF-beta2 contiene una estructura de
tipo nudo de cisteína, compacto, estable formado por tres puentes
disulfuro. La dimerización, estabilizada por un puente disulfuro, es
antiparalela.
Los miembros de la familia del
TGF-beta inician su acción celular uniéndose a
receptores con una actividad serina/treonina quinasa intrínseca.
Esta familia de receptores consta de dos subfamilias, denominadas
receptores de tipo I de tipo II. Cada miembro de la familia del
TGF-beta se une a una combinación característica de
receptores de tipo I y de tipo II, ambos los cuales son necesarios
para la señalización. En el modelo actual para la activación del
TGF-beta, el TGF-beta se une
primero al receptor de tipo II (TbR-II), que aparece
en la membrana celular en una forma oligomérica con quinasa
activada. Después de eso, el receptor de tipo I
(TbR-I), que no puede unirse al ligando en ausencia
de TbR-II, es reclutado en el complejo. Después
TbR-II fosforila TbR-I
predominantemente en un dominio rico en restos glicina y serina
(dominio GS) en la región de la yuxtamembrana, y de ese modo activa
TbR-I.
Hasta ahora se han identificado siete receptores
de tipo I y cinco receptores de tipo II.
Un avance principal en la comprensión de la
formación de hueso fue la identificación de las proteínas
morfogénicas del hueso (BMP), también conocidas como proteínas
osteogénicas (OP), que regulan la diferenciación del cartílago y el
hueso in vivo. Las BMP/OP inducen la diferenciación del hueso
endocondral por medio de una cascada de eventos que incluyen la
formación de cartílago, la hipertrofia y la calcificación del
cartílago, la invasión vascular, la diferenciación de osteoblastos,
y la formación de hueso. Como se ha descrito antes, las BMP/OP (BMP
2-14, y proteínas osteogénicas 1 y 2,
OP-1 y OP-2) son miembros de la
súper-familia del TGF-beta. La
sorprendente conservación evolutiva entre los miembros de la
sub-familia de BMP/OP sugiere que son críticos en el
desarrollo y la función normal de los animales. Por otra parte, la
presencia de múltiples formas de BMP/OP plantea una cuestión
importante acerca de la relevancia biológica de esta aparente
redundancia. Además de la condrogénesis y la osteogénesis
post-fetal, las BMP/OP juegan múltiples papeles en
la esqueletogénesis (incluyendo el desarrollo de los tejidos
craneofaciales y dentales) y en el desarrollo embriónico y a
organogénesis de los órganos parenquimatosos, incluyendo el riñón.
Se sabe ahora que la naturaleza cuenta con mecanismos moleculares
comunes (y escasos) adaptados para proporcionar la emergencia de
tejidos y órganos especializados. La súper-familia
de BMP/OP es un elegante ejemplo de parsimonia natural en la
programación de múltiples funciones especializadas que despliegan
isoformas moleculares con una variación minoritaria en las unidades
de aminoácidos dentro de regiones carboxi terminales
altamente
conservadas.
conservadas.
Las sub-familias de las BMP y la
Activina están sujetas a una regulación
post-traduccional significativa. Existe un sistema
de control extracelular intrincado, por medio del cual se sintetiza
y se exporta un antagonista de elevada afinidad, y con posterioridad
forma complejos selectivamente con las BMP o las activinas para
desorganizar su actividad biológica (W.C. Smith (1999) TIG
15(1) 3-6). Han sido identificados algunos de
estos antagonistas naturales, y basándose en la divergencia de la
secuencia parecen haber evolucionado independientemente debido a la
carencia de conservación de la secuencia primaria. No ha habido un
trabajo estructural hasta la fecha sobre esta clase de proteínas.
Los estudios de estos antagonistas han destacado una clara
diferencia para interaccionar y neutralizar BMP-2 y
BMP-4. Además, el mecanismo de inhibición parece
diferir para los diferentes antagonistas (S. Iemura y col. (1998)
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 9337-9342).
Como se ha observado antes, la presente
invención proporciona un clase novedosa de proteínas de unión al
TGF-beta que posee un armazón de cisteína
(disulfuro) casi idéntico cuando se comparaba con DAN Humana,
Gremlin Humana, y Cerberus Humana, y SCGF (Patente de los estados
Unidos Núm. 5.780.263) pero no posee casi homología a nivel de
nucleótidos (para la información antecedente, ver generalmente Hsu,
D.R., Economides, A.N., Wang, X., Eimon, P.M., Harland, R.M., "The
Xenopus Dorsalizing Factor Gremlin Identifies a Novel Family of
Secreted Proteins that Antagonize BMP Activities", Molecular
Cell 1:673-683, 1998).
Un ejemplo representativo de la clase novedosa
de proteínas de unión al TGF-beta se describe en las
Secuencias de ID Núms. 1, 5, 9, 11, 13, y 15. Se debe entender que
los miembros representativos de esta clase de proteínas de unión
incluyen variantes de la proteína de unión al
TGF-beta (v.g., las Secuencias de ID Núms. 5 y 7).
Según se utiliza aquí, un "gen variante de la proteína de unión al
TGF-beta" hace referencia a moléculas de ácido
nucleico que codifican un polipéptido que tiene una secuencia de
aminoácidos que es una modificación de las Secuencias de ID Núms. 2,
10, 12, 14 o 16. Entre tales variantes se incluyen los polimorfismos
de origen natural o las variantes alélicas de los genes de la
proteína de unión al TGF-beta, así como genes
sintéticos que contienen sustituciones de aminoácidos conservativas
de estas secuencias de aminoácidos. Las formas variantes adicionales
de un gen de la proteína de unión al TGF-beta son
moléculas de ácido nucleico que contienen inserciones o deleciones
de las secuencias de nucleótidos descritas aquí. Los genes variantes
de la proteína de unión al TGF-beta pueden ser
identificados determinando si los genes hibridan con una molécula de
ácido nucleico que tenga la secuencia de nucleótidos de las
Secuencias de ID Núms. 1, 5, 7, 9, 11, 13, o 15 en condiciones
restrictivas. Además, los genes variantes de la proteína de unión al
TGF-beta deben codificar una proteína que tenga un
esqueleto de cisteína.
Como alternativa, se pueden identificar genes
variantes de la proteína de unión al TGF-beta
mediante comparación de la secuencia. Según se utiliza aquí, dos
secuencias de aminoácidos tienen una "identidad de secuencia del
100%" si los restos aminoácido de las dos secuencias de
aminoácidos son iguales cuando se alinean para una máxima
correspondencia. De un modo similar, dos secuencias de nucleótidos
tienen una "identidad de secuencia del 100%" si los restos
nucleotídicos de las dos secuencias de nucleótidos son iguales
cuando se alinean para una máxima correspondencia. Las
comparaciones de la secuencia se pueden realizar utilizando
programas de soporte lógico normalizados tales como los incluidos en
la Suite de computación bioinformática LASERGENE, que es producida
por DNASTAR (Madison, Wisconsin). Otros métodos para comparar dos
secuencias de nucleótidos o de aminoácidos mediante la determinación
del alineamiento óptimo son bien conocidos por los expertos en la
técnica (ver, por ejemplo, Peruski y Peruski, The Internet and
the New Biology: Tools for Genomic and Molecular Research (ASM
Press. Inc. 1997), Wu y col, (eds.), "Information Superhighway and
Computer Databases of Nucleic Acids and Proteins", en Methods in
Gene Biotechnology, páginas 123-151 (CRC Press, Inc.
1997), y Bishop (ed.), Guide to Human Genome Computing, 2ª Edición
(Academic Press, Inc. 1998)).
Una proteína de unión al
TGF-beta variante debe tener al menos una identidad
de secuencia de aminoácidos del 50% con las Secuencias de ID Núms.
2, 6, 10, 12, 14, o 16 y preferiblemente, una identidad de más del
60%, 65%, 70%, 80%, 85%, 90%, o 95%. Alternativamente, las variantes
de la proteína de unión al TGF-beta pueden ser
identificadas por tener una identidad de secuencia de nucleótidos de
al menos el 70% con las Secuencias de ID Núms. 1, 5, 9, 11, 13 o 15.
Por otra parte, la presente invención contempla las variantes del
gen de la proteína de unión al TGF-beta que tienen
una identidad de más del 75%, 80%, 85%, 90%, o 95% con el SEQ ID NO.
1. Sin hacer caso del método concreto utilizado para identificar un
gen variante de una proteína de unión al TGF-beta o
una proteína de unión al TGF-beta, una proteína de
unión al TGF-beta variante o un polipéptido
codificado por un gen de la proteína de unión al
TGF-beta variante puede ser caracterizado
funcionalmente, por ejemplo, mediante su capacidad para unirse a y/o
inhibir la señalización de un miembro seleccionado de la familia de
proteínas del TGF-beta, o mediante su capacidad para
unirse específicamente a un anticuerpo de una proteína de unión al
TGF-beta.
En la presente invención se incluyen fragmentos
funcionales de los genes de las proteínas de unión al
TGF-beta. En el contexto de esta invención, un
"fragmento funcional" de un gen de una proteína de unión al
TGF-beta hace referencia a una molécula de ácido
nucleico que codifica una porción de un polipéptido de la proteína
de unión al TGF-beta que o bien posee (1) la
actividad funcional indicada antes, o bien (2) se une
específicamente con un anticuerpo de una proteína de unión al
TGF-beta. Por ejemplo, un fragmento funcional de un
gen de una proteína de unión al TGF-beta descrito
aquí comprende una porción de la secuencia de nucleótidos de las SEC
ID Núms: 1, 5, 9, 11, 13, o 15.
Se pueden obtener moléculas de ADN que codifican
un gen de una proteína de unión rastreando una genoteca deADNc o
genómico humano utilizando sondas polinucleotídicas basadas, por
ejemplo, en la SEC ID NO: 1.
Por ejemplo, la primera etapa en la preparación
de una genoteca deADNc es aislar el ARN utilizando métodos bien
conocidos por los expertos en la técnica. En general, las técnicas
de aislamiento de ARN deben proporcionar un método para romper las
células, un medio para inhibir la degradación de ARN dirigida por la
ARNasa, y un método para separar el ARN del ADN, la proteína y los
polisacáridos contaminantes. Por ejemplo, se puede aislar el ARN
total congelando el tejido en nitrógeno líquido, triturando el
tejido congelado con un mortero y una mano de mortero para lisar las
células, extrayendo el tejido triturado con una solución de
fenol/cloroformo para separar las proteínas, y separando el ARN de
las impurezas restantes mediante precipitación selectiva con cloruro
de litio (ver, por ejemplo, Ausubel y col. (eds.), Short
Protocols in Molecular Biology, 3ª Edición, páginas
4-1 a 4-6 (John Wiley & Sons
1995) ["Ausubel (1995)"]; Wu y col., Methods in Gene
Biotechnology, páginas 33-41] (CRC Press, Inc.
1997) ["Wu (1997)"]).
Alternativamente, el ARN total puede ser aislado
extrayendo el tejido triturado con isotiocianato de guanidinio,
extrayendo con disolventes orgánicos, y separando el ARN de los
contaminantes utilizando la centrifugación diferencial (ver, por
ejemplo, Ausubel (1995) en las páginas 4-1 a
4-6; Wu (1997) en las páginas
33-41).
Con el fin de construir una genoteca deADNc, se
debe aislar ARN poli(A)^{+} de la preparación de ARN
total. El ARN poli(A)^{+} puede ser aislado del ARN
total utilizando la técnica normalizada de la cromatografía en
oligo(dT)-celulosa (ver, por ejemplo, Ausubel
(1995) en las páginas 4-11 a
4-12).
Las moléculas de ADNc de doble hebra son
sintetizadas a partir de ARN poli(A)^{+} utilizando
mecanismos bien conocidos por los expertos en la técnica (ver, por
ejemplo, Wu (1997) en las páginas 41-46). Por otra
parte, se pueden utilizar estuches asequibles comercialmente para
sintetizar moléculas de ADNc de doble hebra. Por ejemplo, tales
estuches son asequibles de Life Technologies, Inc. (Gaithersburg,
Maryland), CLONTECH Laboratories, Inc. (Palo Alto, California),
Promega Corporation (Madison, Wisconsin) y Stratagene Cloning
Systems (La Jolla, California).
El enfoque básico para obtener clones de ADNc de
la proteína de unión al TGF-beta puede ser
modificado construyendo una genoteca deADNc sustraída que esté
enriquecido en moléculas de ADNc específicas de la proteína de unión
al TGF. Los mecanismos para construir genotecas sustraidas son bien
conocidos por los expertos en la técnica (ver, por ejemplo, Sargent,
"Isolation of Differentially Expressed Genes" en Meth.
Enzymol. 152:423, 1987, y Wu y col., (eds.) "Construction and
Screening of Substracted and Complete Expression cDNA Libraries",
en Methods in Gene Biotechnology, páginas
29-65 (CRC Press, Inc. 1997)).
Diversos vectores de clonación son apropiados
para la construcción de una genoteca deADNc. Por ejemplo, se puede
preparar una genoteca deADNc en un vector derivado de bacteriófagos,
tal como un vector \lambdagt10 (ver, por ejemplo, Huynh y col.,
"Construction and Screening cDNA in \lambdagt10 and
\lambdagt11", en DNA Cloning: A Practical Approach Vol.
I, Glover (ed.) página 49 (IRL Press, 1985); Wu (1997) en las
páginas 47-52).
Alternativamente, se pueden insertar moléculas
de ADNc de doble hebra en un vector plasmídico, tal como un vector
pBluescript (Stratagene Cloning Systems; La Jolla, California),
LambdaGEM-4 (Promega Corp.; Madison, Wisconsin) u
otros vectores asequibles comercialmente. Los vectores de clonación
adecuados también pueden ser obtenidos de la American Type Culture
Collection (Rockville, Maryland).
Con el fin de amplificar las moléculas de ADNc
clonadas, la genoteca deADNc es insertada en un huésped
procariótico, utilizando mecanismos normalizados. Por ejemplo, se
puede introducir una genoteca deADNc en células E. coli DH5
competentes, que pueden ser obtenidas de Life Technologies, Inc.
(Gaithersburg, Maryland).
Se puede preparar una genoteca de ADN genómico
humano por métodos bien conocidos en la técnica (ver, por ejemplo,
Ausubel (1995) en las páginas 5-1 a
5-6; Wu (1997) en las páginas
307-327). Se puede aislar ADN genómico lisando
tejido con el detergente Sarkosyl, digiriendo el producto lisado con
proteinasa K, aclarando los restos insolubles del producto lisado
mediante centrifugación, precipitando el ácido nucleico del producto
lisado utilizando isopropanol, y purificando el ADN resuspendido en
un gradiente de densidad de cloruro de cesio.
Los fragmentos de ADN que son adecuados para la
producción de un genoteca genómica pueden ser obtenidos sometiendo a
cizalla al azar el ADN genómico o mediante digestión parcial del ADN
genómico con endonucleasas de restricción. Los fragmentos de ADN
genómico pueden ser insertados en un vector, tal como un vector
bacteriófago o cosmídico, según los mecanismos convencionales, tal
como el uso de la digestión con enzimas de restricción para
proporcionar extremos apropiados, el uso del tratamiento con
fosfatasa alcalina para evitar la unión no deseada de moléculas de
ADN, y la ligadura con ligasa apropiadas. Los mecanismos para
semejante manipulación son bien conocidos en la técnica (ver, por
ejemplo, Ausubel (1995) en las páginas 5-1 a
5-6; Wu (1997) en las páginas
307-327).
Las moléculas de ácido nucleico que codifican un
gen de la proteína de unión al TGF-beta también
pueden ser obtenidas utilizando la reacción en cadena de la
polimerasa (PCR) con cebadores oligonucleotídicos que tengan
secuencias de nucleótidos del gen de la proteína de unión al
TGF-beta humano, como se describe aquí. Los métodos
generales para rastrear genotecas con PCR son proporcionados por
ejemplo, por Yu y col., "Use of the Polymerase Chain Reaction to
Screen Phage Libraries", en Methods in Molecular Biology, Vol.
15: PCR Protocols: Current
Methods and Applications, White (ed.) páginas 211-215 (Humana Press, Inc. 1993). Por otra parte, describen mecanismos para utilizar la PCR para aislar genes relacionados, por ejemplo, Preston, "Use of Degenerate Oligonucleotide Primers and the Polymerase Chain Reaction to Clone Gene Family Members", in Methods in Molecular Biology, Vol. 15: PCR Protocols: Current Methods and Applications, White (ed.), páginas 317-337 (Humana Press, Inc. 1993).
Methods and Applications, White (ed.) páginas 211-215 (Humana Press, Inc. 1993). Por otra parte, describen mecanismos para utilizar la PCR para aislar genes relacionados, por ejemplo, Preston, "Use of Degenerate Oligonucleotide Primers and the Polymerase Chain Reaction to Clone Gene Family Members", in Methods in Molecular Biology, Vol. 15: PCR Protocols: Current Methods and Applications, White (ed.), páginas 317-337 (Humana Press, Inc. 1993).
Alternativamente, se pueden obtener genotecas
genómicas humanas de fuentes comerciales tales como Research
Genetics (Huntsville, AL) y American Type Culture Collection
(Rockville, Maryland).
Se puede rastrear una genoteca que contiene ADNc
o clones genómicos con una o más sondas polinucleotídicas basadas en
el SEC ID NÚM: 1, utilizando métodos normalizados (ver, por ejemplo,
Ausubel (1995) en las páginas 6-1 a
6-11).
Los anticuerpos anti-proteína de
unión al TGF-beta, producidos como se describe más
abajo, también pueden ser utilizados para aislar secuencias de ADN
que codifican los genes de la proteína de unión al
TGF-beta de las genotecas de ADNc. Por ejemplo, los
anticuerpos pueden ser utilizados para rastrear genotecas de
expresión de \lambdagt11, o se pueden utilizar los anticuerpos
para el inmunorrastreo después de la selección y la traducción de
híbridos (ver, por ejemplo, Ausubel (1995) en las páginas
6-12 a 6-16; Margolis y col.,
"Screening \lambda expression libraries with antibody and
protein probes", en DNA Cloning 2: Expression Systems, 2ª
Edición, Glover y col., (eds.) páginas 1-14
(Oxford University Press 1995)).
La secuencia de un ADNc de una proteína de unión
al TGF-beta o de un fragmento genómico de la
proteína de unión al TGF-beta puede ser determinada
utilizando métodos normalizados. Por otra parte, la identificación
de fragmentos genómicos que contienen un promotor o un elemento
regulador de la proteína de unión al TGF-beta puede
ser lograda utilizando mecanismos bien establecidos, tales como
análisis de deleción (ver, generalmente, Ausubel (1995)).
Como alternativa, se puede obtener un gen de una
proteína de unión al TGF-beta sintetizando moléculas
de ADN utilizando oligonucleótidos largos mutuamente cebadores y
secuencias de nucleótidos descritas aquí (ver, por ejemplo, Ausubel
(1995) en las páginas 8-8 a 8-9).
Los mecanismos establecidos que utilizan la reacción en cadena de la
polimerasa proporcionan la capacidad de sintetizar moléculas de ADN
de al menos dos kilobases de longitud (Adang y col., Plant Molec.
Biol. 21:1131, 1993; Bambot y col., PCR Methods and Applications
2:266, 1993; Dilton y col., "Use of the Polymerase Chain Reaction
for the Rapid Construction of Synthetic Genes", en Methods in
Molecular Biology, Vol. 15: PCR Protocols Current Methods and
Applications, White (ed.), páginas 263-268,
(Humana Press, Inc., 1993); Holowachuk y col., PCR Methods Appl.
4:299, 1995).
Se pueden obtener moléculas de ácido nucleico
que codifican genes de proteína de unión a TGF-beta
variantes rastreando diversas genotecas de ADNc o genómico con
sondas oligonucleotídicas que tienen secuencias de nucleótidos
basadas en los SEC ID NO: 1, 5, 9, 11, 13, o 15, utilizando los
procedimientos descritos antes. Las variantes del gen de la proteína
de unión al TGF-beta también pueden ser construidas
sintéticamente. Por ejemplo, se puede idear una molécula de ácido
nucleico que codifique un polipéptido que tenga un cambio de
aminoácido conservativo, en comparación con la secuencia de
aminoácidos de los SEC ID NO: 2, 6, 8, 10, 12, 14, o 16. Esto es, se
pueden obtener variantes que contengan una o más sustituciones de
aminoácidos de los SEC ID NO: 2, 6, 8, 10, 12, 14 o 16, en las
cuales un aminoácido alquílico está sustituido por un aminoácido
alquílico en una secuencia de aminoácidos de la proteína de unión al
TGF-beta, un aminoácido aromático está sustituido
por un aminoácido aromático en una secuencia de aminoácidos de la
proteína de unión al TGF-beta, un aminoácido que
contiene azufre es sustituido por un aminoácido que contiene azufre
en una secuencia de aminoácidos de la proteína de unión al
TGF-beta, un aminoácido que contiene hidroxi es
sustituido por un aminoácido que contiene azufre en una secuencia de
aminoácidos de la proteína de unión al TGF-beta, un
aminoácido ácido es sustituido por un aminoácido ácido en una
secuencia de aminoácidos de la proteína de unión al
TGF-beta, un aminoácido alcalino es sustituido por
un aminoácido alcalino en una secuencia de aminoácidos de la
proteína de unión al TGF-beta, o un aminoácido
monocarboxílico dibásico es sustituido por un aminoácido
monocarboxílico dibásico en una secuencia de aminoácidos de la
proteína de unión al TGF-beta.
Entre los aminoácidos comunes, por ejemplo, una
"sustitución de aminoácidos conservativa" es ilustrada por una
sustitución entre aminoácidos dentro de cada uno de los siguientes
grupos: (1) glicina, alanina, valina, leucina, e isoleucina, (2)
fenilalanina, tirosina, y triptófano, (3) serina y treonina, (4)
aspartato y glutamato, (5) glutamina y asparragina, y (6) lisina,
arginina e histidina. Al realizar tales sustituciones, es
importante, cuando sea posible mantener el esqueleto de cisteína
esbozado en la Figura 1.
Los cambios de aminoácidos conservativos en el
gen de la proteína de unión al TGF-beta pueden ser
introducidos sustituyendo nucleótidos por los nucleótidos citados en
el SEC ID NO: 1. Tales "variantes de aminoácido conservativo"
pueden ser obtenidas, por ejemplo, mediante mutagénesis dirigida al
sitio, y similar (ver Ausubel (1995) en las páginas
8-10 a 8-22, y McPherson (ed.),
Directed Mutagenesis: A Practical Approach (IRL Press 1991)). La
capacidad funcional de tales variantes puede ser determinada
utilizando un método normalizado, tal como el análisis descrito
aquí. Alternativamente, un polipéptido de la proteína de unión al
TGF-beta variante puede ser identificado mediante
la capacidad de unirse específicamente a anticuerpos
anti-proteína de unión al
TGF-beta.
Se pueden realizar análisis de deleción
rutinarios de moléculas de ácido nucleico para obtener "fragmentos
funcionales" de una molécula de ácido nucleico que codifica un
polipéptido de la proteína de unión al TGF-beta.
Como ilustración, se pueden digerir moléculas de ADN que tienen la
secuencia de nucleótidos del SEC ID NO: 1 con la nucleasa Bal31 para
obtener una serie de deleciones encajadas. Después los fragmentos
son insertados en vectores de expresión en un marco de lectura
apropiado, y los polipéptidos expresados son aislados y sometidos a
ensayo en cuanto a su actividad, o en cuanto a la capacidad de
unirse a anticuerpos anti-proteína de unión al
TGF-beta. Una alternativa a la digestión con
exonucleasa es la utilización de la mutagénesis dirigida al
oligonucleótido para introducir deleciones o codones de terminación
para especificar la producción de un fragmento deseado.
Alternativamente, se pueden sintetizar fragmentos concretos de un
gen de la proteína del unión al TGF-beta utilizando
la reacción en cadena de la polimerasa.
Los mecanismos normalizados para el análisis
funcional de las proteína son descritos, por ejemplo, por Treuter y
col., Molec. Gen. Genet. 240:113, 1993; Content y col.,
"Espression and preliminay deletion analysis of the 42 kea
2-5A synthesise induced by human interferon", en
Biological Interferon Systems, Proceedings of
ISIR-TNO Meeting on Interferon Systems,
Cantell (ed.), páginas 65-72 (Nijhoff 1987);
Herschman, "The EGF Receptor", en Control of Animal Cell
Proliferation, Vol. I, Boynton y col., (eds.) páginas
169-199 (Academic Press 1985); Coumailleau y col.,
J. Biol. Chem. 270-29270, 1995; Fukunaga y
col., J. Biol. Chem. 270:25291, 1995; Yamaguchi y col.,
Biochem. Pharmacol. 50:1295, 1995; y Meisel y col., Plant
Molec. Biol. 30:1, 1996.
La presente invención también contempla
fragmentos funcionales de un gen de la proteína de unión al
TGF-beta que tienen cambios de aminoácidos
conservativos.
Un gen variante de la proteína de unión al
TGF-beta puede ser identificado basándose en la
estructura determinando el nivel de identidad con las secuencias de
nucleótidos y aminoácidos de los SEC ID NO: 1, 5, 9, 11, 13, o 15 y
2, 6, 10, 12, 14, o 16, como se ha discutido antes. Un enfoque
alternativo para identificar un gen variante basándose en la
estructura consiste en determinar si una molécula de ácido nucleico
que codifica un gen de la proteína de unión al
TGF-beta variantes puede hibridar en condiciones
restrictivas con una molécula de ácido nucleico que tiene la
secuencia de nucleótidos de los SEC ID NO: 1, 5, 9, 11, 13, o 15, o
una porción de la misma de una longitud de al menos 15 o 20
nucleótidos. Como ilustración de las condiciones de hibridación
restrictivas, se puede unir una molécula de ácido nucleico que tenga
una secuencia de la proteína de unión al TGF-beta
variante con un fragmento de una molécula de ácido nucleico que
tenga una secuencia de la SEC ID NO: 1 en un tampón que contenga,
por ejemplo, 5xSSPE (1xSSPE = cloruro de sodio 180 mM, fosfato de
sodio 10 mM, EDTA 1 mM (pH 7,7), 5xsolución de Denhardt
(100xDenhardt = seralbúmina bovina al 2% (p/v), Ficoll al 2% (p/v),
polivinilpirrolidona al 2% (p/v) y SDS al 0,5% incubado durante la
noche a 55-60ºC. Los lavados
post-hibridación con una alta restricción se
realizan típicamente en 0,5xSSC (1xSSC = cloruro de sodio 150 mM,
citrato de sodio 15 mM) o en 0,5xSSPE a 55-60ºC.
Con independencia de la secuencia de nucleótidos
concreta de un gen de la proteína de unión al
TGF-beta variante, el gen codifica un polipéptido
que puede ser caracterizado por su actividad funcional, o por la
capacidad de unirse específicamente a un anticuerpo
anti-proteína de unión al TGF-beta.
Más específicamente, los genes de la proteína de unión al
TGF-beta variantes codifican polipéptidos que
muestran al menos un 50%, y preferiblemente, más del 60, 70, 80 o
90% de la actividad de los polipéptidos codificados por el gen de la
proteína de unión al TGF-beta humano descrito
aquí.
Para expresar un gen de una proteína de unión al
TGF-beta, una molécula de ácido nucleico que
codifica el polipéptido debe ser conectada operablemente a
secuencias reguladoras que controlan la expresión transcripcional en
un vector de expresión y después introducida en una célula huésped.
Además de las secuencias reguladoras de la transcripción, tales como
promotores e intensificadores, los vectores de expresión pueden
incluir secuencia reguladoras de la traducción y un gen marcador que
sea adecuado para la selección de células que portan el vector de
expresión.
Los vectores de expresión que son adecuados para
la producción de una proteína foránea en células eucarióticas
contienen típicamente (1) elementos de ADN procariótico que
codifican un origen de replicación bacteriano y un marcador de
resistencia a antibióticos para proporcionar el crecimiento y la
selección del vector de expresión en un huésped bacteriano; (2)
elementos de ADN eucariótico que controlan el inicio de la
transcripción, tal como un promotor, y (3) elementos de ADN que
controlan la maduración de los transcritos, tales como una secuencia
de terminación de la transcripción/poliadenilación.
Las proteínas de unión al
TGF-beta de la presente invención son expresadas
preferiblemente en células de mamífero. Entre los ejemplos de las
células huésped de mamífero se incluyen células de riñón de mono
verde Africano (Vero; ATCC CRL 1587, células de riñón embriónico
humano ((293-HEK; ATCC CRL 1573), células de riñón
de cría de hámster (BHK-21; ATCC CRL 8544), células
de riñón caninas (MDCK; ATCC CCL 34), células de ovario de hámster
Chino (CHO-K1; ATCC CCL61), células de pituitaria de
rata (GH1; ATCC CCL82), células HeLa S3 (ATCC CCL2.2), células de
hepatoma de rata
(H-4-II-E; ATCC CRL
1548), células de riñón de mono transformadas con SV40
(COS-1; ATCC CRL 1650) y células embriónicas de
ratóns (NIH-3T3; ATCC CRL 1658).
Para un huésped mamífero, las señales
reguladoras de la transcripción y la traducción pueden derivar de
fuentes virales, tales como adenovirus, virus de papiloma bovino,
virus de simios, o similar, en los cuales las señales reguladoras
están asociadas con un gen concreto que tiene un elevado nivel de
expresión. Las secuencias reguladoras transcripcionales y
traduccionales también pueden ser obtenidas de genes de mamíferos,
tales como los genes de actina, colágeno, miosina, y
metalotioneína.
Entre las secuencias reguladoras
transcripcionales se incluyen una región promotora suficiente para
dirigir el inicio de la síntesis de ARN. Entre los promotores
eucarióticos adecuados se incluyen el promotor del gen de la
metalotioneína I de ratón [Hamer y col., J. Molec. Appl.
Genet. I:273,1982], el promotor TK del Herpes virus [McKnight,
Cell 31:355, 1982], el promotor temprano de SV40 [Benoist y col.,
Nature 290:304,1981], el promotor del virus del Sarcoma de Rous
[Gorman y col., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 9:6777, 1982], el
promotor de citomegalovirus
[Foecking y col., Gene 45, 101, 1980], y el promotor del virus del tumor mamario de ratón (ver, generalmente, Etcheverry, "Expression of Engineered Proteins in Mammalian Cell Culture", en Protein Engineering Principles and Practice, Cleland y col. (eds.), páginas 163-181 (John Wiley & Sons, Inc. 1996)).
[Foecking y col., Gene 45, 101, 1980], y el promotor del virus del tumor mamario de ratón (ver, generalmente, Etcheverry, "Expression of Engineered Proteins in Mammalian Cell Culture", en Protein Engineering Principles and Practice, Cleland y col. (eds.), páginas 163-181 (John Wiley & Sons, Inc. 1996)).
Alternativamente, se puede utilizar un promotor
procariótico, tal como el promotor de la ARN polimerasa del
bacteriófago T3 para controlar la expresión del gen de la proteína
de unión al TGF-beta en células de mamífero si el
promotor procariótico está regulado por un promotor eucariótico
(Zhou y col., Mol. Cell. Biol. 10:4529, 1990; Kaufman y col.,
Nucl. Acids Res. 19:4485, 1991).
Los genes de la proteína de unión al
TGF-beta también pueden ser expresados en células
bacterianas, de levadura, de insectos o de plantas. Los promotores
adecuados que pueden ser utilizados para expresar los polipéptidos
de la proteína de unión al TGF-beta en un huésped
procariótico son bien conocidos por los expertos en la técnica e
incluyen promotores capaces de reconocer las polimerasas de T4, T3,
Sp6 y T7, los promotores P_{R} y P_{I} del bacteriófago lambda,
los promotores trp, recA, del choque térmico, lacUV5, tac,
lpp-lacSpr, phoA, y lacZ de E.
coli, los promotores de B. subtilis, los promotores de
los bacteriófagos de Bacillus, los promotores de
Streptomyces, el promotor int del bacteriófago lambda,
el promotor bla de pBR322, y el promotor CAT del gen de la
cloramfenicol acetil transferasa. Los promotores procarióticos han
sido revisados por Glick, J. Ind. Microbiol. 1:277, 1987,
Watson y col., Molecular Biology of the Gene, 4ª Ed.
(Benjamin Cummins 1987), y por Ausubel y col., (1995).
Entre los huéspedes procarióticos preferidos se
incluyen E. coli y Bacillus subtilis. Entre las cepas
adecuadas de E. coli se incluyen BL21(DE3),
BL2(DE3)pLysS, BL21(DE3)pLysE, DH1, DH4,
DH5, DH51, DH51F', DH51MCR, DH10B, DH10B/p3, DH11S, C600, HB101,
JM101, JM105, JM109, JM110, K38,RR1, Y1088, Y1089, CSH18, ER1451, y
ER1647 (ver, por ejemplo, Brown (Ed.), Molecular Biology
Labfax (Academic Press 1991)). Entre las cepas adecuadas de
Bacillus subtilis se incluyen BR151, YB886, M1119, M1120, y
B170 (ver, por ejemplo, Hardy, "Bacillus Cloning Methods", en
DNA Cloning: A Practical Approach, Glover (Ed.) (IRL
Press 1985)).
Los métodos para expresar proteínas en huéspedes
procarióticos son bien conocidos para los expertos en la técnica
(ver, por ejemplo, Williams y col., "Expression of foreign
proteins in E. coli using plasmid vectors and purification of
specific polyclonal antibodies", en DNA Cloning 2: Expression
Systems, 2ª Edición, Glover y col. (eds.) página 15 (Oxford
University Press 1995), Ward y col., "Genetic Manipulation and
Expression of Antibodies", en Monoclonal Antibodies:
Principles and Applications, página 137
(Wiley-Liss, Inc. 1995); y Georgiou, "Expression
of Proteins in Bacteria", en Protein Engineering: Principles
and Practice, Cleland y col., (eds.), página 101 (John Wiley
& Sons, Inc. 1996).
El sistema de baculovirus proporciona un medio
eficaz de introducir genes de la proteína de unión al
TGF-beta clonada en células de insecto. Los
vectores de expresión adecuados están basados en el virus de la
polihedrosis nuclear múltiple de Autographa californica
(AcMNPV), y contienen promotores bien conocidos tales como el
promotor 70 de la proteína del choque térmico de Drosophila
(hsp), el promotor del gen temprano inmediato (ie-1)
y el promotor 39K temprano retardado de Autographa
californica, el promotor p10 de baculovirus, y el promotor de
la metalotioneína de Drosophila. Entre las células huésped e
insecto adecuadas se incluyen líneas celulares derivadas de
IPLB-Sf-21, una línea celular de ovario de pulpa de
Spodoptera frugiperda, tal como Sf9 (ATCC CRL 1711),
Sf21AE, y Sf21 (Invitrogen Corporation, San Diego,
CA), así como células Schneider-2 de
Drosophila. Las técnicas establecidas para producir proteínas
recombinantes en sistemas de baculovirus son proporcionadas por
Bailey y col., "Manipulation of Baculovirus Vectors", en
Methods in Molecular Biology, Volumen 7: Gene Transfer and
Expression Protocols, Murray (ed.), páginas
147-168 (The Humana Prees, Inc. 1991), por Patel y
col., "The baculovirus expression system", en DNA Cloning 2:
Expression Systems, 2ª Edición, Glover y col., (eds.), páginas
205-244 (Oxford University Press 1995), por Ausubel
(1995) en las páginas 16-37 a 16-57,
por Richardson (ed.), Baculovirus Expression Protocols (The
Humana Press, Inc. 1995), y por Lucknow, "Insect Cell Expression
Technology", en Protein Engineering: Principles and
Practice, Cleland y col. (eds.), páginas 183-218
(John Wiley & Sons, Inc. 1996).
Entre los promotores para la expresión en
levaduras se incluyen promotores de GAL1 (galactosa),
PGK (fosfoglicerato quinasa), ADH (alcohol
deshidrogenasa), AOX1 (alcohol oxidasa), HIS4
(histidinol deshidrogenasa), y similares. Se han diseñado muchos
vectores de clonación de levaduras y son asequibles fácilmente.
Entre estos vectores se incluyen vectores basados en YIp, tales
como YIp5, vectores YRp, tales como YRp17, vectores YEp tales como
YEp13 y vectores YCp, tales como YCp19. Un experto en la técnica
apreciará que hay una amplia variedad de vectores adecuados para la
expresión en células de levadura.
Los vectores de expresión también pueden ser
introducidos en protoplastos de plantas, tejidos vegetales intactos,
o células vegetales aisladas. Los métodos generales para cultivar
tejidos vegetales son proporcionados, por ejemplo, por Miki y col.,
"Procedures for Introducing Foreign DNA into Plants", en
Methods in Plant Molecular Biology and Biotechnology, Glick y
col. (eds.), páginas 67-88 (CRC Press, 1993).
Un vector de expresión puede ser introducido en
células huésped utilizando una variedad de mecanismos normalizados
incluyendo la transfección con fosfato de calcio, la transfección
mediada por liposomas, el reparto mediado por microproyectiles, la
electroporación, y similares. Preferiblemente, las células
transfectadas son seleccionadas y propagadas para proporcionar
células huésped recombinantes que comprendan el vector de expresión
integrado establemente en el genoma de la célula huésped. Las
técnicas para introducir vectores en células eucarióticas y las
técnicas para seleccionar tales transformantes estables utilizando
un marcador seleccionable dominante son descritas, por ejemplo, por
Ausubel (1995) y por Murray (ed.), Gene Transfer and Expression
Protocols (Humana Press 1991). Los métodos para introducir
vectores de expresión en células bacterianas, de levadura, de
insectos, y vegetales también son proporcionados por Ausubel
(1995).
Los métodos generales para expresar y recuperar
la proteína foránea producida por un sistema celular de mamífero son
proporcionados por ejemplo, por Etcheverry, "Expression of
Engineered Proteins in Mammalian Cell Culture", en ``Protein
Engineering: Principles and Practice, Cleland y col., (eds.),
páginas 163 (Wiley-Liss, Inc. 1996). Los mecanismos
normalizados para recuperar la proteína producida por un sistema
bacteriano son proporcionados, por ejemplo, por Grisshammer y col.,
"Purification of over-produced proteins from E.
coli cells", en DNA Cloning 2: Expression Systems, 2ª
Edición, Glover y col. (eds.), páginas 59-92
(Oxford University Press 1995). Los métodos establecidos para el
aislamiento de proteínas recombinante a partir de un sistema de
baculovirus son descritos por Richardson (ed.), Baculovirus
Expression Protocols (The Humana Press, Inc., 1995).
Más generalmente, la proteína de unión al
TGF-beta puede ser aislada mediante mecanismos
normalizados, tales como la cromatografía de afinidad, la
cromatografía de exclusión por tamaños, la cromatografía de
intercambio iónico, la HPLC y similares. Se pueden idear variaciones
adicionales en el aislamiento y la purificación de la proteína de
unión al TGF-beta por parte de aquellos expertos en
la técnica. Por ejemplo, se pueden utilizar anticuerpos
anti-proteína de unión a TGF-beta,
obtenidos como se describe más abajo, para aislar grandes cantidades
de proteína mediante purificación por inmunoafinidad.
Los anticuerpos para la proteína de unión al
TGF-beta pueden ser obtenidos, por ejemplo,
utilizando el producto de una expresión como antígeno. Los
anticuerpos anti-proteína de unión al
TGF-beta particularmente útiles se "unen
específicamente" con la proteína de unión al
TGF-beta de los SEC ID Núms. 2, 6, 10, 12, 14, o 16,
pero no a otras proteínas de unión al TGF-beta tales
como Dan, Cerberus, SCGF, o Gremlin. Los anticuerpos de la presente
invención (incluyendo los fragmentos y derivados de los mismos)
pueden ser un anticuerpo policlonal o, especialmente, uno
monoclonal. El anticuerpo puede pertenecer a cualquier clase de
inmunoglobulina, y puede ser por ejemplo un anticuerpo IgG, por
ejemplo IgG_{1}, IgG_{2}, IgG_{3}, IgG_{4}, IgE, IgM, o IgA.
Puede ser de origen animal, por ejemplo de mamífero, y puede ser por
ejemplo un anticuerpo de ratón, de rata, humano o de otro primate.
Cuando se desea el anticuerpo puede ser un anticuerpo
internalizante.
Los anticuerpos policlonales para la proteína de
unión al TGF-beta recombinante pueden ser preparados
utilizando métodos bien conocidos por los expertos en la técnica
(ver, por ejemplo, Green y col. "Production of Polyclonal
Antisera", en Immunochemical Protocols (Manson, ed.),
páginas 1-5 (Humana Press 1992); Williams y col.,
"Expression of foreign proteins in E. coli using plasmid
vectors and purification of specific polyclonal antibodies", en
DNA Cloning 2: Expression Systems, 2ª Edición, Glover y col.
(eds.), página 15 (Oxford University Press 1995)). Aunque los
anticuerpos policlonales se originan típicamente en animales tales
como ratas, ratones, conejos, cabras, u ovejas, un anticuerpo
anti-proteína de unión al TGF de la presente
invención también puede derivar de un anticuerpo de primate
sub-humano. Los mecanismos generales para originar
anticuerpos útiles para el diagnóstico y la terapia en babuinos
fueron encontrados, por ejemplo, en Goldenberg y col., publicación
de patente internacional Núm. WO 91/11465 (1991), y en Losman y
col., Int. J. Cancer 46:310, 1990.
El anticuerpo debe comprender al menos un
dominio de la región variable. El dominio de la región variable
puede ser de cualquier tamaño o composición de aminoácidos y
generalmente comprenderá al menos una secuencia de aminoácidos
hipervariable responsable de la unión al antígeno embebido en una
secuencia marco. En términos generales el dominio de la región
variable (V) puede ser cualquier ordenación adecuada de dominios
variables de la cadena pesada (V_{H}) y/o ligera (V_{L}) de
inmunoglobulina. De este modo por ejemplo el dominio de la región V
puede ser monomérico y ser un dominio V_{H} o V_{L} donde estos
sean capaces de unirse independientemente con una afinidad
aceptable. Alternativamente el dominio de la región V puede ser
dimérico y contener dímeros V_{H}-V_{H},
V_{H}-V_{L}, o V_{L}-V_{L}
en los cuales las cadenas V_{H} y V_{L} están asociadas no
covalentemente (abreviado en adelante como F_{V}). Cuando se
desea, no obstante, las cadenas pueden estar acopladas
covalentemente o bien directamente, por ejemplo por medio de un
enlace disulfuro entre los dos dominios variables, o a través de un
ligador, por ejemplo un ligador peptídico, para formar un dominio de
cadena sencilla (abreviado en adelante como scF_{V}).
El dominio de la región variable puede ser
cualquier dominio variable de origen natural o una versión diseñada
del mismo. Por versión diseñada se quiere significar un dominio de
la región variable que ha sido creado utilizando mecanismos de
diseño de ADN recombinante. Entre tales versiones diseñadas se
incluyen aquellas creadas por ejemplo a partir de regiones variables
de anticuerpos naturales mediante inserciones, deleciones o cambios
en las secuencias de aminoácidos de los anticuerpos naturales. Entre
los ejemplos concretos de este tipo se incluyen aquellos dominios de
la región variable diseñados que contienen al menos una CDR y
opcionalmente uno o más aminoácidos marco de un anticuerpo y el
resto del dominio de la región variable de un segundo
anticuerpo.
El dominio de la región variable puede estar
anclado covalentemente en un aminoácido C-terminal a
al menos otro dominio del anticuerpo o un fragmento del mismo. De
este modo, por ejemplo cuando un dominio V_{H} está presente en el
dominio de la región variable este puede estar conectado a un
dominio C_{H}1 de la inmunoglobulina o un fragmento del mismo. De
un modo similar un dominio V_{L} puede estar conectado a un
dominio C_{K} o un fragmento del mismo. De este modo por ejemplo
el anticuerpo puede ser un fragmento Fab en el que el dominio de
unión al antígeno contiene dominios V_{H} y V_{L} asociados
conectados en sus extremos C a un dominio CH1 y C_{K}
respectivamente. El dominio CH1 puede ser prolongado con aminoácido
adicionales, por ejemplo para proporcionar un dominio de la región
bisagra como el encontrado en un fragmento Fab', o para proporcionar
dominios adicionales, tales como los dominios CH2 y CH3 del
anticuerpo.
Otra forma de fragmento de anticuerpo es un
péptido que codifica una única región determinante de la
complementariedad (CDR). Los péptidos CDR ("unidades mínimas de
reconocimiento") pueden ser obtenidos construyendo genes que
codifiquen la CDR de un anticuerpo de interés. Tales genes son
preparados, por ejemplo, utilizando la reacción en cadena de la
polimerasa para sintetizar la región variable a partir de ARN de
células productoras de anticuerpos (ver, por ejemplo, Larrick y
col., Methods: A Companion to Methods en Enzimology 2:106, 1991;
Courtenay-Luck, "Genetic Manipulation of
Monoclonal Antibodies", en Monoclonal Antibodies: Production,
Engineering and Clinical Application, Ritter y col. (eds.), página
166 (Cambridge Universisty Press 1995); y Ward y col., "Genetic
Manipulation and Expression of Antibodies", en Monoclonal
Antibodies: Principles and Applications, Birch y col., (eds.),
página 137 (Wiley-Liss, Inc. 1995)).
Los anticuerpos para su uso en la invención
pueden ser en general monoclonales (preparados mediante inmunización
convencional y procedimientos de fusión celular) o en el caso de los
fragmentos, derivados de allí utilizando cualquier mecanismo químico
normalizado adecuado v.g., reducción o escisión enzimática y/o
digestión, por ejemplo mediante tratamiento con pepsina.
Más específicamente, los anticuerpos
anti-proteína de unión a TGF-beta
monoclonales pueden ser generados utilizando una variedad de
técnicas. Los anticuerpos monoclonales de roedor para antígenos
específicos pueden ser obtenidos mediante métodos conocidos por los
expertos en la técnica (ver, por ejemplo, Kohler y col., Nature
256:495, 1975; y Coligan y col. (eds.) Current Protocols in
Immunology, 1:2.5-1.2.7 (John Wiley & Sons
1991) ["Coligan"], Picksley y col., "Production of monoclonal
antibodies against proteins expresed in E. coli", en
DNA Cloning 2: Expression Systems, 2ª Edición, Glover y col.,
(eds.), página 93 (Oxford University Press 1995)).
En resumen, se pueden obtener anticuerpos
monoclonales inyectando en ratones una composición que comprende un
producto génico de la proteína de unión a TGF-beta,
verificando la presencia de producción de anticuerpo mediante la
separación de una muestra de suero, separación del bazo para obtener
B-linfocitos, fusión de los
B-linfocitos con células de mieloma para producir
hibridomas, clonación de los hibridomas, selección de clones
positivos que producen anticuerpos para el antígeno, cultivo de los
clones que producen los anticuerpos para el antígeno, y aislamiento
de lo anticuerpos de los cultivos de hibridoma.
Además, un anticuerpo
anti-proteína de unión a TGF-beta de
la presente invención puede derivar de un anticuerpo monoclonal
humano. Los anticuerpos monoclonales humanos son obtenidos a partir
de ratones transgénicos que han sido diseñados para producir
anticuerpos humanos específicos en respuesta a una sensibilización
antigénica. En esta técnica, se introducen elementos del locus de la
cadena pesada y ligera humana en cepas de ratones derivadas de
líneas de células madre embriónicas que contienen desorganizaciones
redireccionadas de los loci de la cadena pesada y de la cadena
ligera endógenas. Los ratones transgénicos pueden sintetizar
anticuerpos humanos específicos para antígenos humanos, y los
ratones pueden ser utilizados para producir hibridomas de rastreo de
anticuerpos humanos. Los métodos para obtener anticuerpos humanos a
partir de ratones transgénicos se describen, por ejemplo, Green y
col., Nature Genet. 7:13, 1994; Lonberg y col., Nature
368:856, 1994; y Taylor y col., Int. Immun. 6:579, 1994.
Los anticuerpos monoclonales pueden ser aislados
y purificados a partir de cultivos de hibridoma mediante una
variedad de mecanismos bien establecidos. Entre tales mecanismos de
aislamiento se incluyen la cromatografía de afinidad con Proteína
A-Sepharose, la cromatografía de exclusión pro
tamaños, y la cromatografía de intercambio iónico (ver, por ejemplo,
Coligan en las páginas 2.7.1-2.7.12 y páginas
2.9.1-2.9.3; Baines y col., "Purification of
Immunoglobulin G (IgG)", en Methods in Molecular Biology,
Vol. 10, páginas 79-104 (The Human Press, Inc.
1992)).
Para usos concretos, puede ser deseable preparar
fragmentos de anticuerpos anti-proteína de unión a
TGF-beta. Tales fragmentos de anticuerpo pueden ser
obtenidos, por ejemplo, mediante hidrólisis proteolítica del
anticuerpo. Los fragmentos de anticuerpo pueden ser obtenidos
mediante digestión con pepsina o papaína de los anticuerpos
completos mediante métodos convencionales. Como ilustración, se
pueden producir fragmentos de anticuerpo mediante escisión
enzimática de anticuerpos con pepsina para proporcionar un fragmento
5S denominado F(ab')_{2}. Este fragmento puede ser
escindido adicionalmente utilizando un agente reductor de tiol para
producir fragmentos monovalentes Fab' de 3,5S. Opcionalmente, la
reacción de escisión puede ser realizada utilizando un grupo
bloqueador para los grupos sulfhidrilo que resultan de la escisión
de los enlaces disulfuro. Como alternativa, una escisión enzimática
en la que se utiliza pepsina produce dos fragmentos Fab monovalentes
y un fragmento Fc directamente. Estos métodos son descritos por
ejemplo, por Goldenberg, Patente de los Estados Unidos Núm.
4.331.647, Nisonoff y col., Arch. Biochem. Biophys. 89:230,
1960, Porter, Biochem. J. 73:119, 1959, Edelman y col., en
Methods in Enzymology 1:422 (Academic Press 1967), y por
Coligan en las páginas 2.8.1-2.8.10 y
2.10-2.10.4.
También se pueden utilizar otros métodos de
escisión de anticuerpos, tales como la separación de cadenas pesadas
para formar fragmentos de cadena ligera monovalentes, escisión
adicional de fragmentos, u otras técnicas enzimáticas, químicas o
genéticas, con tal que los fragmentos se unan al antígeno que sea
reconocido por el anticuerpo intacto.
Alternativamente, el anticuerpo puede ser un
anticuerpo recombinante o diseñado genéticamente obtenido mediante
el uso mecanismos de ADN recombinante que implican la manipulación y
la re-expresión del ADN que codifica las regiones
variable y/o constante del anticuerpo. Semejante ADN es conocido y/o
es fácilmente asequible de genotecas de ADN incluyendo por ejemplo
genotecas de anticuerpos de fagos (ver Chiswell, D.J. y McCafferty,
J. Tibtech. 10 80-84 (1992)) o se puede
sintetizar cuando se desee. Los procedimientos de la biología
molecular y/o la química normalizados pueden ser utilizados para
secuenciar y manipular el ADN, por ejemplo, para introducir codones
para crear restos cisteína, para modificar, añadir o suprimir otros
aminoácidos o dominios según se desee.
A partir de aquí, uno o más vectores de
expresión replicables que contengan el ADN y pueden ser preparados y
utilizados para transformar una línea celular apropiada, v.g. una
línea celular de mieloma no productora, tal como una línea NSO de
ratón o una línea bacteriana, v.g. de E. coli, en la cual
tendrá lugar la producción del anticuerpo. Con el fin de obtener una
transcripción y una traducción eficaz, una secuencia de ADN de cada
vector debe incluir secuencias reguladoras apropiadas, concretamente
un promotor y una secuencia líder conectada operablemente a la
secuencia de dominio variable. Los métodos concretos para producir
anticuerpos de esta manera son generalmente bien conocidos y
utilizados rutinariamente. Por ejemplo, describen procedimientos de
la biología molecular básicos Maniatis y col. (Molecular Cloning,
Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1989); la secuenciación del
ADN se puede realizar como describen Sanger y col. (PNAS 74,
5463, (1977)) y el manual de secuenciación plc de Amersham
International; y la mutagénesis dirigida al sitio se puede llevar a
cabo según el método de Kramer y col. (Nucl. Acids Res. 12,
9441, (1984)) y el manual Anglian Biotechnology Ltd.
Adicionalmente, existen numerosas publicaciones, que detallan
técnicas adecuadas para la preparación de anticuerpos mediante la
manipulación del ADN, la creación de vectores de expresión y la
transformación de células apropiadas, por ejemplo como revisan
Mountain A y Adair, J R in Biotechnology and Genetic Engineering
Reviews (ed. Tombs, M P, 10, Capítulo 1, 1992, Intercept,
Andover, UK) y en la Memoria de la Patente Internacional Núm. WO
91/09967.
Cuando se desea, el anticuerpo según la
invención puede tener una o más moléculas efectoras o informadoras
ancladas a él y la invención se amplía a tales proteínas
modificadas. Las moléculas efectoras o informadoras pueden estar
ancladas al anticuerpo a través de cualquier cadena lateral de
aminoácido disponible, aminoácido amino terminal o, cuando esté
presente un grupo funcional carbohidrato localizado en el
anticuerpo, siempre que, por supuesto, este no afecte adversamente a
las propiedades de unión y a la utilidad eventual de la molécula.
Entre los grupos funcionales concretos se incluyen, por ejemplo
cualquier grupo amino, imino, tiol, hidroxilo, carboxilo o aldehído
libre. El anclaje del anticuerpo y la molécula o las moléculas
efectoras y/o informadoras puede ser logrado vía tales grupos y un
grupo funcional apropiado en las moléculas efectoras o informadoras.
La conexión puede ser directa o indirecta, por medio de grupo
espaciadores o formadores de puentes.
\newpage
Entre las moléculas efectoras se incluyen, por
ejemplo, agentes antineoplásicos, toxinas (tales como toxinas
farmacéuticamente activas de origen bacteriano o vegetal y
fragmentos de las mismas v.g. ricina y fragmentos de la misma),
proteínas biológicamente activas, por ejemplo enzimas, ácidos
nucleicos y fragmentos de los mismos, v.g., ADN, ARN y fragmentos de
los mismos, polímeros de origen natural y sintético v.g.
polisacáridos y polímeros de polialquileno tales como
poli(etilenglicol) y derivados del mismo, radionúclidos,
concretamente radioyoduro, y metales quelantes. Entre los grupos
informadores adecuados se incluyen metales quelados, compuestos
fluorescentes o compuestos que pueden ser detectados mediante
espectroscopía de RMN o ESR.
Entre los agentes antineoplásicos concretos se
incluyen agentes citotóxicos y cistostáticos, por ejemplo, agentes
alquilantes, tales como mostazas nitrogenadas (v.g., clorambucil,
melfalan, mecloretamina, ciclofosfamida, o mostaza de uracilo) y los
derivados de los mismos, trietilenfosforamida,
trietilentiofosforamida, busulfan, o cisplatino; antimetabolitos,
tales como metotrexato, fluorouracilo, floxuridina, citarabina,
mercaptopurina, tioguanina, ácido fluoroacético o ácido
fluorocítrico, antibióticos, tales como bleomicinas (v.g. sulfato de
bleomicina), doxorrubicina, daunorrubicina, mitomicinas (v.g.
mitomicina C), actinomicinas (v.g. dactinomicinas), plicamicina,
calicamicina y derivados de la misma, o esperamicina y derivados de
la misma, inhibidores mitóticos, tales como etoposido, vincristina o
vinblastina y derivados de los mismos, alcaloides, tales como
elipticina; polioles tales como taxicina-I o
taxicina-II, hormonas tales como andrógenos (v.g.
dromostanolona o testolactona), progestinas (v.g. acetato de
megestrol o acetato de medroxiprogesterona), estrógenos (v.g.,
difosfato de dimetilestilbestrol, fosfato de poliestradiol o
fosfato de estramustina) o antiestrógenos (v.g. tamoxifeno);
antraquinonas, tales como mitoxantrona, ureas, tales como
hidroxiurea, hidrazinas, tales como procarbazina, o imidazoles,
tales como dacarbazina.
Son grupos efectores particularmente útiles la
calicamicina y los derivados de la misma (ver por ejemplo las
Memorias de Patente Surafricanas Núms. 85/8794, 88(8127 y
90/2839).
Entre los metales quelados se incluyen quelatos
de metales di- o tri-positivos que tienen un número
de coordinación de 2 a 8 inclusive. Entre los ejemplos concretos de
tales metales se incluyen tecnecio (Tc), renio (Re), cobalto (Co),
cobre (Cu), oro (Au), plata (Ag), plomo (Pb), bismuto (Bi), indio
(In), galio (Ga), itrio (Y), terbio (Tb), gadolinio (Gd) y escandio
(Sc). En general el metal es preferiblemente un radionúclido. Entre
los radionúclidos concretos se incluyen Tc^{99m}, Re^{186},
Co^{58}, Co^{60}, Cu^{67}, Au^{195}, Au^{199},
Au^{110}, Pb^{203}, Bi^{206}, Bi^{207}, In^{111},
Ga^{67}, Ga^{68}, Y^{88}, Y^{90}, Tb^{160}, Gd^{153} y
Sc^{47}.
El metal quelado puede ser por ejemplo uno de
los tipos de metal quelado anteriores con cualquier agente quelante
polidentado adecuado, por ejemplo poliaminas acíclicas o cíclicas,
poliéteres, (v.g. éteres corona y derivados de los mismos),
poliamidas, porfirinas, y derivados carbocíclicos.
En general, el tipo de agente quelante dependerá
del metal que se use. Un grupo particularmente útil de agentes
quelantes en los productos conjugados según la invención, no
obstante, son las poliaminas acíclicas y cíclicas, especialmente los
ácidos poliaminocarboxílicos, por ejemplo el ácido
dietilen-triaminopentaacético y derivados de los
mismos, y aminas macrocíclicas, v.g., derivados
tri-aza y tetra-aza cíclicos (por
ejemplo como se describe en la Memoria de
la Patente Internacional Núm. WO 92/22583); y poliamidas, especialmente desferrioxiamina y derivados de la misma.
la Patente Internacional Núm. WO 92/22583); y poliamidas, especialmente desferrioxiamina y derivados de la misma.
De este modo por ejemplo cuando se desee
utilizar un grupo tiol en el anticuerpo como punto de anclaje esto
puede ser logrado por medio de una reacción con un grupo reactivo
con tiol presente en la molécula efectora o informadora. Entre los
ejemplos de tales grupos se incluyen un ácido o éster
a-halocarboxílico, v.g., yodoacetamida, una imida,
v.g., maleimida, una vinilsulfona, o un disulfuro. Estos y otros
procedimientos de unión adecuados se describen generalmente y más
concretamente en las Memorias de Patente Internacional Núms. WO
93/06231, WO 92/22583, WO 90/091195 y WO 89/01476.
Como se ha discutido antes, la presente
invención proporciona métodos para seleccionar y/o aislar compuestos
que son capaces de incrementar la densidad ósea. Por ejemplo, en un
aspecto de la presente invención se proporcionan métodos para
determinar si una molécula seleccionada es capaz de incrementar el
contenido mineral del hueso, que comprende las etapas de (a) mezclar
una molécula seleccionada con proteína de unión a
TGF-beta y un miembro seleccionado de la familia de
proteínas TGF-beta, (b) determinar si la molécula
seleccionada estimula la señalización por la familia de proteínas
del TGF-beta, o inhibe la unión de la proteína de
unión a TGF-beta a la familia de proteínas del
TGF-beta. En ciertas realizaciones, la molécula
intensifica la capacidad del TGF-beta para funcionar
como regulador positivo de la diferenciación de las células del
mesénquima.
En otros aspectos de la invención, se
proporcionan métodos para determinar si una molécula seleccionada es
capaz de incrementar el contenido mineral del hueso, comprendiendo
las etapas de (a) exponer una molécula seleccionada a células que
expresen la proteína de unión a TGF-beta y (b)
determinar si la expresión (o actividad) de la proteína de unión a
TGF-beta de dichas células expuestas disminuye, y
determinar a partir de allí si el compuesto es capaz de incrementar
el contenido mineral del hueso. En una realización, las células son
seleccionadas del grupo formado por hueso humano normal transformado
espontáneamente o no transformado de biopsias óseas y osteoblastos
de hueso parietal de rata. Semejantes métodos pueden ser completados
en una variedad de formatos de análisis incluyendo, por ejemplo, la
Inmunoelectroforesis Contracorriente (CIEP), los
Radio-inmunoanálisis, las
Radioinmunoprecipitaciones, los Análisis de Absorción con Enzima
Ligada (ELISA), y los análisis sandwich (ver las Patentes de los
Estados Unidos Núms. 4.376.110 y 4.486.530, ver también
Antibodies: A Laboratory Manual, supra).
Los elementos representativos de tales análisis
son proporcionados más abajo en los Ejemplos 5 y 6. En resumen, un
miembro de la familia de la súper-familia de
TGF-beta o una proteína de unión de
TGF-beta se une primero a una fase sólida, seguido
de la adición de una molécula candidato. El miembro de la familia
marcado de la súper-familia del
TGF-beta o la proteína de unión a
TGF-beta es añadido después al análisis, la fase
sólida lavada, y la cantidad de miembro de la
súper-familia de TGF-beta unido o
marcado o de proteína de unión a TGF-beta del
soporte sólido es determinada. Las moléculas que son adecuadas para
su uso en el aumento del contenido mineral del hueso como se
describe aquí son aquellas moléculas que disminuyen la unión de
proteína de unión a TGF-beta a un miembro o
miembros de la súper-familia del
TGF-beta de una manera estadísticamente
significativa. Obviamente, los análisis adecuados para su uso en la
presente invención no deben estar limitados a las realizaciones
descritas en los Ejemplos 2 y 3. En particular, se pueden alterar
numerosos parámetros, por ejemplo uniendo el
TGF-beta a una fase sólida, o eliminando
completamente la fase sólida.
En otros aspectos de la invención, se
proporcionan métodos para determinar si una molécula seleccionada es
capaz de incrementar el contenido mineral del hueso, que comprende
las etapas de (a) exponer una molécula seleccionada a células que
expresan el TGF-beta y (b) determinar si la
actividad de TGF-beta a partir de dichas células
expuestas es alterada, y determinar a partir de allí si el compuesto
es capaz de incrementar el contenido mineral del hueso. De un modo
similar a los métodos descritos antes, se pueden utilizar una amplia
variedad de métodos para evaluar los cambios de expresión de la
proteína de unión a TGF-beta debidos a un compuesto
de ensayo seleccionado.
Por ejemplo, en un aspecto de la presente
invención se proporcionan métodos para determinar su una molécula
seleccionada es capaz de incrementar el contenido mineral del hueso,
que comprenden las etapas de (a) mezclar una molécula seleccionada
con proteína de unión a TGF-beta y un miembro
seleccionado de la familia de proteínas de TGF-beta,
(b) determinar si la molécula seleccionada
sobre-regula la señalización de la familia de
proteínas del TGF-beta, o inhibe la unión de la
proteína de unión a TGF-beta a la familia de
proteínas del TGF-beta. En ciertas realizaciones, la
molécula intensifica la capacidad del TGF-beta para
funcionar como regulador positivo de la diferenciación de las
células del mesénquima.
De un modo similar a los métodos descritos
antes, se puede utilizar una amplia variedad de métodos para evaluar
la estimulación de TGF-beta debida a un compuesto de
ensayo seleccionado. Uno de tales métodos representativos se
proporciona más abajo en el Ejemplo 6 (ver también Durham y col.,
Endo, 136:1374-1380.
En otros aspectos más de la presente invención,
se proporcionan los métodos para determinar si una molécula
seleccionada es capaz de incrementar el contenido mineral del hueso,
comprendiendo la etapa de determinar si una molécula seleccionada
inhibe la unión de la proteína de unión a TGF-beta
al hueso, o un análogo del mismo. Según se utiliza aquí, se debe
entender que el hueso o los análogos del mismo hacen referencia a
hidroxiapatita o una superficie compuesta por una forma en polvo de
hueso, hueso triturado o hueso intacto. De un modo similar a los
métodos descritos antes, se pueden utilizar una amplia variedad de
métodos para evaluar la inhibición de la localización de la proteína
de unión a TGF-beta en la matriz ósea. Uno de tales
métodos representativos se proporciona más abajo en el Ejemplo
7.
Se debe observar que mientras los métodos
citados aquí pueden hacer referencia al análisis de una molécula de
ensayo individual, la presente invención no debe estar limitada a
ellos. En particular, la molécula seleccionada puede estar contenida
en una mezcla de compuestos. Por tanto, los métodos citados pueden
comprender adicionalmente la etapa de aislar una molécula que inhiba
la unión de la proteína de unión a TGF-beta a un
miembro de la familia del TGF-beta.
Se pueden analizar una amplia variedad de
moléculas en cuanto a su capacidad para inhibir la unión de la
proteína de unión a TGF-beta a un miembro de la
familia de TGF-beta. Entre los ejemplos
representativos que se discuten con más detalle más abajo, se
incluyen moléculas orgánicas, proteínas o péptidos, y moléculas de
ácido nucleico. Aunque debe ser evidente a partir del estudio de más
abajo que las moléculas candidato descritas aquí pueden ser
utilizadas en los análisis descritos aquí, debe ser fácilmente
evidente que tales moléculas también pueden ser utilizadas en una
variedad de entornos de diagnóstico y terapéuticos.
Se pueden analizar numerosas moléculas orgánicas
en cuanto a su capacidad para inhibir la unión de la proteína de
unión a TGF-beta a un miembro de la familia del
TGF-beta.
Por ejemplo, en una realización de la invención
se pueden seleccionar moléculas orgánicas adecuadas o bien a partir
de una genoteca química, donde los agentes químicos son analizados
individualmente, o bien a partir de genotecas químicas combinatorias
en los que se analizan múltiples compuestos de una vez, después se
descifran para determinar y aislar la mayor parte de los compuestos
activos.
Entre los ejemplos representativos de tales
genotecas químicas combinatorias se incluyen los descritos por
Agrafiotis y col., "System and method of automatically generating
chemical compounds with desired properties", Patente de los
Estados Unidos Núm. 5.463.564; Armstrong, R.W., "Synthesis of
combinatorial arrays of organic compounds through the use of
multiple component combinatorial array syntheses", WO 95/02566;
Baldwin, J.J. y col., "Sulfonamide derivatives and their use",
WO 95/24186; Baldwin, J.J. y col., "Combinatorial
dihydrobenzopyran library", WO 95/30642; Brenner, S., "New kit
for preparing combinatorial libraries", WO 95/16918; Chenera, B.
y col., "Preparation of library of resin-bound
aromatic carbocyclic compounds", WO 95/16712; Ellman, J.A.,
"Solid phase and combinatorial synthesis of benzodiazepine
compounds on a solid support", Patente de los Estados Unidos Núm.
5.288.514; Felder, E. y col., "Novel combinatorial compound
libraries", WO 95/16209; Lerner, R. y col., "Encoded
combinatorial chemical libraries", WO 93/20242; Pavia, M.R. y
col., "A method for preparing and selecting pharmaceutically
useful non-peptide compounds from a structurally
diverse universal library", WO 95/04277; Summerton, J.E. y D.D.
Weller, "Morpholino-subunit combinatorial library
and method", Patente de los Estados Unidos Núm. 5.506.337;
Holmes, C., "Methods for the Solid Phase Synthesis of
Thiazolidinones, Metathiazonones, and Derivatives therof", WO
96/00148; Phillips, G.B. y G.P. Wei, "Solid-phase
Synthesis of Benzimidazoles", Tet. Letters
37:4887-90, 1996; Ruhland, B. y col.,
"Solid-supported Combinatorial Synthesis of
Structurally Diverse \beta-Lactams", J.
Amer. Chem. Soc. 111:253-4, 1996; Look, G.C. y
col., "The Indentification of Cyclooxigenase-I
Inhibitors form 4-Thiazolidonone Combinatorial
Libraries", Bioorg. and Med. Chem. Letters
6:707-12, 1996.
Del mismo modo se pueden utilizar una amplia
gama de proteínas y péptidos como moléculas candidato para
inhibidores de la unión de la proteína de unión a un miembro de la
familia del TGF-beta.
Las moléculas peptídicas que son supuestos
inhibidores de la unión de la proteína de unión al
TGF-beta a un miembro de la familia del
TGF-beta pueden ser obtenidas a través del rastreo
de genotecas peptídicas combinatorias. Tales genotecas pueden ser
preparadas por un experto en la técnica (ver v.g., Patentes de los
Estados Unidos Núms. 4.528.266 y 4.359.535, y Publicación del
Tratado de Cooperación de Patentes Núms. WO 92/15679, WO 92/15677,
WO 90/07862, WO 90/02809, o adquiridos de fuentes asequibles
comercialmente (v.g. New England Biolabs Ph.D.® Phage Display
Peptide Library Kit).
Los anticuerpos que inhiben la unión de la
proteína de unión a TGF-beta a un miembro de la
familia del TGF-beta puede ser fácilmente preparada
dada la descripción proporcionada aquí. En el contexto de la
presente invención, se entiende que los anticuerpos incluyen
anticuerpos monoclonales, anticuerpos policlonales, anticuerpos
anti-idiotípicos, fragmentos de anticuerpos (v.g.,
Fab, y F(ab')_{2}, regiones variables F_{v}, o regiones
determinantes de la complementariedad). Como se ha estudiado antes,
se entiende que los anticuerpos son específicos contra la proteína
de unión a TGF-beta, o contra un miembro de la
familia del TGF-beta específico, si se unen con una
K_{a} mayor o igual a 10^{7} M, preferiblemente mayor o igual a
10^{8} M^{-1}, y no se unen a otras proteínas de unión a
TGF-beta, o, se unen con una K_{a} menor o igual a
10^{6} M^{-1}. Además, los anticuerpos de la presente invención
deben bloquear o inhibir la unión de la proteína de unión a
TGF-beta a un miembro de la familia de unión a
TGF-beta.
La afinidad de un anticuerpo monoclonal o un
patrón de unión; así como la inhibición de la unión se pueden
determinar fácilmente por un experto normal en la técnica (ver,
Scatchard, Ann. N.Y. Acad. Sci.
51:660-672,
1949).
1949).
En resumen, los anticuerpos monoclonales pueden
ser generados fácilmente por un experto en la técnica a partir de
una variedad de animales de sangre caliente tales como caballos,
vacas, diversas aves, conejos, ratones o ratas. Típicamente, la
proteína de unión a TGF-beta o un péptido único de
la misma de 13-20 aminoácidos (conjugado
preferiblemente con hemocianina de lapa ojo de cerradura mediante
entrecruzamiento con glutaraldehído) es utilizada para inmunizar al
animal a través de inyecciones intraperitoneales, intramusculares,
intraoculares, o subcutáneas, junto con un coadyuvante tal como el
coadyuvante completo o incompleto de Freund. Después de varias
inmunizaciones de refuerzo, se recogen las muestras de suero y se
someten a ensayo en cuanto a la reactividad con la proteína o
péptido. Los antisueros policlonales particularmente preferidos
darán una señal en uno de estos análisis que es al menos tres veces
mayor que el fondo. Una vez que el título del animal ha alcanzado
una meseta en términos su reactividad con la proteína, se pueden
obtener fácilmente cantidades mayores de antisueros o bien mediante
tomas de sangre semanales, o bien mediante exanguinación del
animal.
Los anticuerpos monoclonales también pueden ser
generados fácilmente utilizando mecanismo convencionales (ver las
Patentes de los Estados Unidos Núms. RE 32.011, 4.902.614,
4.543.439, y 4.411.993, ver también Monoclonal Antibodies,
Hybridomas: A New Dimension in Biological Analyses, Plenum
Press, Kenett, McKearn, and Bechtol (eds.), 1980, y Antibodies: A
Laboratory Manual, Harlow and Lane (eds.), Cold Spring Harbor
Laboratory Press, 1988.
En resumen, en una realización se inmuniza un
sujeto animal tal como una rata o ratón con la proteína de unión a
TGF-beta o una porción de la misma como se ha
descrito antes. La proteínas puede ser mezclada con un coadyuvante
tal como coadyuvante completo o incompleto de Freund con el fin de
incrementar la respuesta inmune resultante. Entre una y tres semanas
después de la inmunización inicial el animal puede ser inmunizado de
nuevo con otra inmunización de refuerzo, y sometido a ensayo en
cuanto a la reactividad con la proteína utilizando los análisis
descritos antes. Una vez que el animal ha alcanzado una meseta en su
reactividad con la proteína inyectada, éste se sacrifica, y los
órganos que contienen un gran número de células B tales como el bazo
y los nódulos linfáticos se cosechan.
Las células que se obtienen del animal
inmunizado pueden ser inmortalizadas mediante infección con un virus
tal como el virus de Epstein-Barr (EBV) (ver Glasky
and Reading, Hybridoma 8(4):377-389, 1989).
Alternativamente, en una realización preferida, las suspensiones del
bazo y/o los nódulos linfáticos cosechados son fusionadas con una
célula de mieloma adecuada con el fin de crear un "hibridoma"
que secrete anticuerpo monoclonal. Entre las líneas de mieloma
adecuadas se incluye, por ejemplo, NS-1 (ATCC Núm.
TIB 18), y P3X63 - Ag 8.653 (ATCC Núm. CRL 1580).
Tras la fusión, las células son colocadas en
placas para el cultivo de tejidos conteniendo un medio adecuado, tal
como RPMI 1640, o DMEM (Medio de Eagle Modificado de Dulbecco) (JRH
Biosciences, Lenexa, Kansas), así como ingredientes adicionales,
tales como suero bovino fetal (FBS, es decir, de Hyclone, Logan,
Utah, o JRH Biosciences). Adicionalmente, el medio debe contener un
reactivo que permita selectivamente el crecimiento de células de
bazo y mieloma fusionadas tales como HAT (hipoxantina, aminopterina,
y timidina) (Sigma Chemical Co., St. Louis, Missouri). Después de
aproximadamente siete días, las células fusionadas resultantes o
hibridomas pueden ser rastreados con el fin de determinar la
presencia de anticuerpos que sean reactivos contra la proteína de
unión a TGF-beta (dependiendo del antígeno
utilizado), y que bloqueen o inhiban la unión de la proteína de
unión a TGF-beta a un miembro de la familia del
TGF-beta.
Se pueden utilizar una amplia variedad de
análisis para determinar la presencia de anticuerpos que sean
reactivos contra las proteínas de la presente invención, incluyendo
por ejemplo la inmunoelectroforesis contracorriente, los
radioinmunoanálisis, las radioinmunoprecipitaciones, los análisis de
absorción con enzima ligada (ELISA), los análisis de transferencia
puntual, las transferencias Western, la inmunoprecipitación, los
análisis de inhibición o competitivos, y los análisis sandwich (ver
las Patentes de los Estados Unidos Núms. 4.376.110 y 4.486.530; ver
también Antibodies: A Laboratory manual, Harlow and Lane
(eds.), Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1988). Tras numerosas
diluciones y re-análisis clónicas, se puede aislar
un hibridoma que produzca anticuerpos reactivos contra la proteína
deseada.
Asimismo se pueden utilizar otras técnicas para
construir anticuerpos monoclonales (ver William D. Huse y col.,
"Generation of a Large Combinatorial Library of the Immunoglobulin
Repertoire in Phage Lambda", Science
246:1275-1281, Diciembre de 1989; ver también L.
Sastry y col., "Cloning of the Immunological Repertoire in
Escherichia coli for Generation of Monoclonal Catalytic
Antibodies: Construction of a Heavy Chain Variable
Region-Specific cDNA Library", Proc. Natl.
Acad. Sci. USA 86:5728-5732, Agosto de 1989; ver
también Michelle Alting-Mees y col., "Monoclonal
Antibody Expression Libraries: A Rapid Alternative to
Hybridomas", Strategies in Molecular Biology
3:1-9, Enero 1990). Estas referencias describen un
sistema comercial asequible de Stratagene (La Jolla, California) que
permite la producción de anticuerpos por medio de mecanismos de
recombinación. En resumen, el ARNm es aislado de una población de
células B, y utilizado para crear genotecas de expresión de ADNc de
immunoglobulinas de cadena pesada y ligera en los vectores
\lambdaImmunoZap(H) e ImmunoZap(L). Estos vectores
pueden ser rastreados individualmente o expresados simultáneamente
para formar fragmentos Fab o anticuerpos (ver Huse y col.,
supra; ver también Sastry y col., supra). Las placas
positivas pueden ser convertidas con posterioridad en un plásmido no
lítico que permita un elevado nivel de expresión de los fragmentos
de anticuerpo monoclonal a partir de E. coli.
De un modo similar, también se pueden construir
porciones o fragmentos, tales como fragmentos Fab y Fv, de
anticuerpos utilizando mecanismos de digestión enzimática o de
recombinación de ADN convencionales para incorporar las regiones
variables de un gen que codifica un anticuerpo que se une
específicamente. En una realización, los genes que codifican la
región variable de un hibridoma que produce el anticuerpo monoclonal
de interés son ampliados utilizando cebadores nucleotídicos para la
región variable. Estos cebadores pueden ser sintetizados por un
experto normal en la técnica, o pueden ser adquiridos de fuentes
asequibles comercialmente. Stratagene (La Jolla) vende cebadores
para regiones variables de ratón y de humano incluyendo, entre
otros, cebadores para las regiones V_{Ha}, V_{Hb}, V_{Hc},
V_{Hd}, C_{H1}, V_{L} y C_{L}. Estos cebadores pueden ser
utilizados para amplificar las regiones variables de la cadena
pesada o ligera, que pueden ser insertadas después en vectores tales
como ImmunoZAP® H o ImmunoZAP® L (Stratagene), respectivamente.
Estos vectores pueden ser introducidos después en E. coli,
levaduras, o sistemas de expresión basados en mamíferos. Utilizando
estos mecanismos, se pueden producir grandes cantidades de una
proteína de cadena sencilla conteniendo una fusión de los dominios
V_{H} y V_{L} (ver Bird y col., Science
242:423-426, 1988). Además, semejantes técnicas
pueden ser utilizadas para cambiar un anticuerpo "de ratón" por
un anticuerpo "humano", sin alterar la especificidad de unión
del anticuerpo.
Una vez que se han obtenido anticuerpos
adecuados, éstos pueden ser aislados o purificados por medio de
muchos mecanismos bien conocidos por los expertos normales en la
técnica (ver Antibodies: A Laboratory Manual, Harlow y Lane
(eds.), Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1988). Entre los
mecanismos adecuados se incluyen columnas de afinidad de péptidos o
proteínas, HPLC o RP-HPLC, purificación en columnas
de proteína A o proteína G, o cualquier combinación de estos
mecanismos.
Como se describe aquí y más abajo en los
Ejemplos (v.g., Ejemplos 8 y 9), las versiones alteradas de la
proteína de unión a TGF-beta que compiten con la
capacidad de la proteína de unión a TGF-beta nativa
para bloquear la actividad de un miembro de la familia de l
TGF-beta concreto deben conducir a un incremento de
la densidad ósea. De este modo, los mutantes de la proteína de unión
a TGF-beta que se unen al miembro de la familia del
TGF-beta pero no inhiben la función del miembro de
la familia del TGF-beta satisfarían el criterio. Las
versiones mutantes deben competir eficazmente con las funciones
inhibidoras endógenas de la proteína de unión a
TGF-beta.
Aunque aquí se proporcionan varios genes (o
porciones de los mismos), se debe entender que en el contexto de la
presente invención, la referencia a uno o más de estos genes incluye
los derivados de los genes que son sustancialmente similares a los
genes (y, cuando sea apropiado, las proteínas (incluyendo péptidos y
polipéptidos) que están codificadas por los genes y sus derivados).
Según se utiliza aquí, se cree que una secuencia de nucleótidos es
"sustancialmente similar" si: (a) la secuencia de nucleótidos
está derivada de la región codificadora de los genes descritos
antes e incluye, por ejemplo, porciones de la secuencia o
variaciones alélicas de las secuencias comentadas antes, o
alternativamente, codifica una molécula que inhibe la unión de la
proteína de unión a TGF-beta a un miembro de la
familia del TGF-beta, (b) la secuencia de
nucleótidos es susceptible de hibridación con las secuencias de
nucleótidos de la presente invención en condiciones moderadamente
restrictivas, altamente restrictivas o muy restrictivas (ver
Sambrook y col., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2ª
ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY, 1989); o (c) las
secuencias de ADN son degeneradas como resultado del código genético
de las secuencias de ADN definidas en (a) o (b). Adicionalmente, la
molécula de ácido nucleico descrita aquí incluye secuencias tanto
complementarias como no complementarias, siempre que las secuencias
satisfagan de otro modo los criterios expuestos aquí. En el contexto
de la presente invención, unas condiciones altamente restrictivas
representan condiciones de hibridación normalizadas (v.g., 5XSSPE,
SDS al 0,5% a 65ºC, o equivalente).
La estructura de las proteínas codificadas por
las moléculas de ácido nucleico descritas aquí puede ser
pronosticada a partir de los productos de la traducción primarios
utilizando la función de trazado del carácter hidrófobo, por
ejemplo, de P/C Gene o Intelligenetics Suite (Intelligenetics,
Mountain View, California), o según los métodos descritos por Kyte y
Doolittle (J. Mol. Biol. 157:105-132,
1982).
Las proteínas de la presente invención pueden
ser preparadas en forma de sales ácidas o alcalinas, o en forma
neutra. Además, se pueden modificar los restos aminoácido
individuales mediante oxidación o reducción. Además, se pueden
realizar diversas sustituciones, deleciones, o adiciones en las
secuencias de aminoácidos o de ácido nucleico, cuyo efecto neto es
conservar o intensificar o reducir adicionalmente la actividad
biológica de la proteína mutante o de tipo natural. Por otra parte,
debido a la degeneración del código genético, por ejemplo, puede
haber una considerable variación en las secuencias de nucleótidos
que codifican la misma secuencia de aminoácidos.
Entre otros derivados de las proteínas descritas
aquí se incluyen los productos conjugados de las proteínas junto con
otras proteínas o polipéptidos. Esto se puede lograr, por ejemplo,
mediante la síntesis de proteínas de fusión
N-terminales o C-terminales que
pueden ser añadidas para facilitar la purificación o identificación
de proteínas (ver la Patente de los Estados Unidos Núm. 4.851.341,
ver también, Hopp y col., Bio/Technology 6:1204, 1988).
Alternativamente, se pueden construir proteínas de fusión tales como
Flag/proteína de unión a TGF-beta con el fin de
ayudar a la identificación, expresión y análisis de la proteína.
Las proteínas de la presente invención pueden
ser construidas utilizando una amplia variedad de mecanismos
descritos aquí. Adicionalmente, se pueden introducir mutaciones en
loci concretos sintetizando oligonucleótidos que contienen una
secuencia mutante, flanqueada por sitios de restricción que permiten
la ligadura a fragmentos que contienen una secuencia natural. Tras
la ligadura, la secuencia reconstruida resultante codifica un
derivado que tiene la inserción, sustitución, o deleción
deseada.
Alternativamente, se pueden emplear
procedimientos de mutagénesis de sitio específico (o de segmento
específico) dirigidas al oligonucleótido para proporcionar un gen
alterado que tenga codones concretos alterados según la sustitución,
deleción, o inserción requerida. Los métodos ejemplares de
elaboración de las alteraciones mostradas antes son descritas por
Walder y col. (Gene 42:133, 1986); Bauer y col., (Gene
37:73, 1985); Craik (BioTechniques, Enero 1985,
12-19); Smith y col., (Genetic Engineering;
Principles and Methods, Plenum Press, 1981); y Sambrook y col.,
(supra). Los derivados por deleción o truncamiento de
proteínas (v.g. una porción extracelular soluble) también pueden ser
construidos utilizando sitios para endonucleasas de restricción
convenientes adyacentes a la deleción deseada. Después de la
restricción, los salientes pueden ser rellenados, y el ADN religado.
Los métodos ejemplares de elaboración de alteraciones mostrados
antes son descritos por Sambrook y col., (Molecular Cloning: A
Laboratory Manual, 2ª Ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press,
1989).
Las mutaciones que se realizan en las moléculas
de ácido nucleico de la presente invención conservan preferiblemente
el marco de lectura de las secuencias codificadoras. Además, las
mutaciones no crearán preferiblemente regiones complementarias que
hibriden para producir estructuras de ARNm secundarias, tales como
bucles u horquillas, que afectarían adversamente a la traducción de
ARNm. Aunque se puede pre-determinar el sitio de la
mutación, no es necesario que la naturaleza de la mutación sea
pre-determinada per se. Por ejemplo, con el
fin de seleccionar características óptimas de los mutantes en un
sitio dado, se puede realizar una mutagénesis al azar en el codón
diana y los mutantes expresados rastreados en cuanto a una actividad
biológica indicativa. Alternativamente, se pueden introducir
mutaciones en loci concretos sintetizando oligonucleótidos que
contengan una secuencia mutante, flanqueada por sitios de
restricción que permitan la ligadura a fragmentos de la secuencia
natural. Tras la ligadura, la secuencia reconstruida resultante
codifica un derivado que tiene la inserción, sustitución, o deleción
de aminoácidos
deseada.
deseada.
Las moléculas de ácido nucleico que codifican
las proteínas de la presente invención también pueden ser
construidas utilizando mecanismos de mutagénesis por PCR,
mutagénesis química (Drinkwater y Klinedinst, PNAS
83:34022-3406, 1986), mediante la incorporación
errónea de un nucleótido forzada (v.g., Liao y Wise Gene
88:107-111, 1990), o mediante el uso de
oligonucleótidos mutagenizados al azar (Horwitz y col., Genome
3:112-117, 1989).
La presente invención también proporciona la
manipulación y la expresión de los genes descritos antes cultivando
células huésped que contienen un vector capaz de expresar los genes
descritos antes. Entre tales vectores o constructos de vectores se
incluyen moléculas de ácido nucleico derivadas de ADNc o sintéticas
que codifican la proteína deseada, que están conectadas
operablemente a elementos reguladores de la transcripción o la
traducción adecuados. Los elementos reguladores adecuados pueden
estar derivados de una variedad de fuentes, incluyendo genes
bacterianos, fúngicos, virales, de mamífero, de insecto, o
vegetales. La selección de los elementos reguladores apropiados
depende de una de las células huésped seleccionadas, y puede ser
completada fácilmente por un experto normal en la técnica. Entre los
ejemplos de los elementos reguladores se incluyen: un promotor y un
intensificador transcripcionales o una secuencia de unión a la ARN
polimerasa, un terminador transcripcional, y una secuencia de unión
al ribosoma, incluyendo una señal de inicio de la traducción.
Las moléculas de ácido nucleico que codifican
cualquiera de las proteínas descritas antes pueden ser fácilmente
expresadas por una amplia variedad de células huésped procarióticas
o eucarióticas, incluyendo células bacterianas, de mamífero,
levaduras u otros hongos, virales, de insecto, o vegetales. Los
métodos para transformar o transfectar tales células para expresar
el ADN foráneo son bien conocidos en la técnica (ver, v.g., Itakura
y col., Patente de los Estados Unidos Núm. 4.704.362; Hinnen y col.,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 75:1929-1933,
1978; Murray y col., Patente de los Estados Unidos Núm.4.801.542;
Upshall y col., Patente de los Estados Unidos Núm. 4.935.349; Hagen
y col., Patente de los Estados Unidos Núm. 4.784.950; Axel y col.,
Patente de los Estados Unidos Núm. 4.399.216; Goeddel y col.,
Patente de los Estados Unidos Núm. 4.766.075; y Sambrook y col.,
Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2ª ed., Cold Spring
Harbor Laboratory Press, 1989; para células vegetales ver Czako y
Marton, Plant Physiol. 104:1067-1071, 1994; y
Paszkowski y col., Biotech. 24:387-392,
1992).
Entre las células huésped bacterianas adecuadas
para llevar a cabo la presente invención se incluyen E. coli, B.
subtilis, Salmonella typhimurium, y diversas especies de los
géneros Pseudomonas, Streptomyces, y Staphylococcus, así como
muchas otras especies bacterianas bien conocidas por un experto
normal en la técnica. Entre los ejemplos representativos de las
células huésped bacterianas se incluyen DH5\alpha (Stratagene, La
Jolla, California).
Los vectores de expresión bacteriana comprenden
preferiblemente un promotor que funcione en la célula huésped, uno o
más marcadores fenotípicos seleccionables, y un origen de
replicación bacteriano. Entre los promotores representativos se
incluye la \beta-lactamasa (penicilinasa) y el
sistema promotor de la lactosa (ver Chang y col., Nature
275:615, 1978), el promotor de la ARN polimerasa de T7 (Studier
y col., Meth. Enzymol. 185:60-89, 1990) el
promotor lambda (Elvin y col., Gene 87:123-126,
1990), el promotor trp (Nichols y Yanofsky, Meth. In Enzymology
101::155, 1983) y el promotor tac (Russell y col., Gene
20:231, 1982). Entre los marcadores seleccionables
representativos se incluyen diversos marcadores de resistencia a
antibióticos tales como los genes de resistencia a kanamicina o
ampicilina. Muchos plásmidos adecuados para transformar células
huésped son bien conocidos en la técnica, incluyendo entre otros,
pBR322 (ver Bolivar y col., Gene 2:95, 1977), los plásmidos
de pUC pUC18, pUC19, pUC118, pUC119 (ver Messing, Meth. in
Enzimology 101:20-77, 1983 y Vieira y Messing,
Gene 19:259-268, 1982), y pNH8A, pNH16a,
pNH18a, y Bluescript M13 (Stratagene, La Jolla, California).
Entre las células huésped de levaduras y hongos
adecuadas para llevar a cabo la presente invención se incluyen,
entre otros, Saccharomyces pombe, Saccharomyces cerevisiae,
los géneros Pichia o Kluyveromyces y diversas especies
del género Aspergillus (McKnight y col., Patente de los
Estados Unidos Núm. 4.935.349). Entre los vectores de expresión
adecuados para las levaduras y hongos se incluyen, entre otros,
YCp50 (ATCC Núm. 37419) para levaduras, y el vector de clonación de
amdS pV3 (Turnbull, Bio/Technology 7:169, 1989), YRp7 (Struhl
y col., Proc. Natl. Acad. Sci. USA
76:1035-1039, 1978), YEp13 (Broach y col.,
Gene 8:121-133, 1979), pJDB249 y pJDB219
(Beggs, Nature 275:104-108, 1978) y derivados
de los mismos.
Entre los promotores preferidos para su uso en
levaduras se incluyen los promotores de genes glicolíticos de
levaduras (Hitzeman y col., J. Biol. Chem.
255:12073-12080, 1980; Alber y Kawasaki, J.
Mol. Appl. Genet. 1:419-934, 1982) o genes de la
alcohol deshidrogenasa (Young y col., en Genetic Engineering of
Microorganisms for Chemicals, Hollaender y col., (eds.), pág.
355, Plenum Nueva York, 1982; Ammerer, Meth. Enzymol,
101:192-201, 1983). Entre los ejemplos útiles de los
promotores de hongos se incluyen aquellos derivados de los genes
glicolíticos de Aspergillus nidulans, tales como el promotor
adh3 (McKnight y col., EMBO J.
4:2093-2099, 1985). Las unidades de expresión
también pueden incluir un terminador transcripcional. Un ejemplo de
un terminador adecuado es el terminador adh3 (McKnight y
col., ibid., 1985).
Como con los vectores bacterianos, los vectores
de levadura incluirán generalmente un marcador seleccionable, que
puede ser uno de los numerosos genes que muestran un fenotipo
dominante para el cual existe un análisis fenotípico para permitir
la selección de los transformantes. Los marcadores seleccionables
preferidos son aquellos que complementan la auxotrofia de la célula
huésped, proporcionan resistencia a antibióticos o permiten a una
célula utilizar fuentes de carbono específicas, e incluyen
leu2 (Broach y col., ibid.), ura3 (Botstein y
col., Gene 8:17, 1979), o his3 (Struhl y col.,
ibid.). Otro marcador seleccionable adecuado es el gen
cat, que confiere resistencia al cloramfenicol a células de
levadura.
Las técnicas para transformar hongos son bien
conocidas en la literatura, y han sido descritas, por ejemplo, por
Beggs (ibid.), Hinnen y col., (Proc. Natl. Acad. Sci. USA
75:1929-1933, 1978), Yelton y col. (Proc.
Natl. Acad. Sci. USA 81:1740-1747, 1984), y
Russell (Nature 301:167-169, 1983). El
genotipo de la célula huésped puede contener un defecto genético que
sea complementado por el marcador seleccionable presente en el
vector de expresión. La elección de un huésped y un marcador
seleccionable concretos está dentro del nivel del experto normal en
la técnica.
Los protocolos para la transformación de
levaduras son bien conocidos por los expertos normales en la
técnica. Por ejemplo, se puede completar fácilmente o bien la
preparación de esferoplastos de levadura con ADN (ver Hinnen y col.,
PNAS USA 75:1929, 1978) o mediante tratamiento con sales alcalinas
tales como LiCl (ver Itoh y col., J. Bacteriology 153:163, 1983). La
transformación de hongos también se puede llevar a cabo utilizando
polietilenglicol como describen Cullen y col., (Bio/Technology
5:369,1987).
Entre los vectores virales se incluyen aquellos
que comprenden un promotor que dirige la expresión de una molécula
de ácido nucleico aislado que codifica una proteína deseada como se
ha descrito antes. Se puede utilizar una amplia variedad de
promotores en el contexto de la presente invención, incluyendo por
ejemplo, promotores tales como MoMLV LTR, RSV LTR, Friend MuLV LTR,
promotores adenovirales (Ohno y col., Science
265:781-784, 1994), el promotor/intensificador de la
fosfotransferasa de neomicina, el promotor del parvovirus tardío
(Koering y col., Hum. Gene Therap.
5:457-463, 1994), el promotor TK del Herpes,
el promotor de SV40, el intensificador/promotor del gen IIa de la
metalotioneína, el promotor temprano inmediato de citomegalovirus, y
el promotor tardío inmediato de citomegalovirus. En las
realizaciones particularmente preferidas de la invención, el
promotor es un promotor específico del tejido (ver, v.g., WO
91/02805; EP 0.415.731; y WO 90/07936). Entre los ejemplos
representativos de los promotores específicos de tejidos adecuados
se incluyen el promotor de la enolasa específica neural, el
promotor del factor de crecimiento beta derivado de plaquetas, el
promotor de la proteína morfogénica del hueso, el promotor de la
alfa1-quimerina humana, el promotor de la sinapsina
I y el promotor de la sinapsina II. Además de los promotores
indicados antes, se pueden utilizar otros promotores específicos de
virus (v.g., promotores retrovirales, (incluyendo los indicados
antes, así como otros tales como los promotores del HIV), promotores
específicos de la hepatitis, el herpes (v.g., EBV), y bacterianos,
fúngicos o parasíticos (v.g., malaria) con el fin de elegir como
diana una célula o tejido específico que esté infectado con un
virus, bacteria, hongo o parásito.
Entre las células de mamífero adecuadas para
llevar a cabo la presente invención se incluyen, entre otros COS,
CHO, SaOS, osteosarcomas, KS483, MG-63, osteoblastos
primarios, y estroma de médula ósea de humano o mamífero. Entre los
vectores de expresión en mamíferos para su uso en la realización de
la presente invención se incluirán un promotor capaz e dirigir la
transcripción de un gen clonado o un ADNc. Entre los promotores
preferidos se incluyen promotores virales y promotores celulares.
Entre los promotores específicos del hueso se incluyen la
sialo-proteína ósea y el promotor de la
osteocalcina. Entre los promotores virales se incluyen el promotor
temprano inmediato de citomegalovirus (Boshart y col., Cell
41:521-530, 1985), el promotor tardío inmediato
de citomegalovirus, el promotor de SV40 (Subramani y col., Mol.
Cell. Biol. 1:854-864, 1981), MMTV LTR, RSV LTR,
metalotioneína-1, adenovirus E1a. Entre los
promotores celulares se incluyen el promotor de la
metalotioneína-1 de ratón (Palmiter y col., Patente
de los Estados Unidos Núm. 4.579.821), un promotor V_{K} de ratón
(Bergman y col., Proc. Natl. Acad. Sci. USA
81:7041-7045, 1983; Grant y col., Nucl. Acids
Res. 15:5496, 1987) y un promotor V_{H} de ratón (Loh y col.,
Cell 33:85-93, 1983). La elección del
promotor dependerá, al menos en parte, del nivel de expresión
deseado o de la línea celular receptora que vaya a ser
transfectada.
Tales vectores de expresión también pueden
contener un grupo de sitios de empalme de ARN localizados aguas
abajo del promotor y aguas arriba de la secuencia de ADN que
codifica el péptido o la proteína de interés. Los sitios de empalme
de ARN preferidos pueden ser obtenidos a partir de adenovirus y/o
genes de inmunoglobulina. También se encuentra contenida en el
vector de expresión una señal de poliadenilación localizada aguas
abajo de la secuencia codificadora de interés. Entre las señales de
poliadenilación adecuadas se incluyen las señales de
poliadenilación temprana o tardía de SV40 (Kaufman y Sharp,
ibid.), la señal de poliadenilación de la región E1B de
Adenovirus 5 y el terminador del gen de la hormona de crecimiento
humana (De Noto y col., Nucl. Acids Res.
9:3719-3730, 1981). Los vectores de expresión pueden
incluir una secuencia líder viral no codificadora, tal como el líder
tripartito de Adenovirus 2, localizado entre el promotor y los
sitios de empalme del ARN. Entre los vectores preferidos se pueden
incluir también secuencias intensificadoras, tales como el
intensificador de SV40. Los vectores de expresión también pueden
incluir secuencias que codifican los ARN Va de adenovirus. Los
vectores de expresión adecuados pueden ser obtenidos a partir de
fuentes comerciales (v.g., Stragene, La Jolla, California).
Los constructos vectores que comprenden
secuencias de ADN clonadas pueden ser introducidos en células de
mamífero, por ejemplo, mediante transfección mediada por fosfato de
calcio (Wigler y col., Cell 14:725; Corsar y Pearson,
Somatic Cell Genetics 7:603,1981; Graham y Vand der Eb,
Virology 52:456, 1973), electroporación (Neumann y col., EMBO
J. 1:841-845, 1982), o transfección mediada por
DEAE-dextrano (Ausubel y col., (eds.), Current
Protocols in Molecular Biology, John Wiley and Sons, Inc., NY,
1987). Para identificar células que tengan integrado establemente
el ADNc clonado, generalmente se introduce un marcador seleccionable
en las células junto con el gen o el ADNc de interés. Entre los
marcadores seleccionables preferidos para su uso en células de
mamífero cultivadas se incluyen los genes que confieren resistencia
a fármacos, tales como neomicina, higromicina, y metotrexato. El
marcador seleccionable puede ser un marcador seleccionable
amplificable. Los marcadores seleccionables amplificables preferidos
son el gen DHFR y el gen de resistencia a la neomicina. Los
marcadores seleccionables son revisados por Thilly (Mammalian
Cell Technology, Butterworth Publishers, Stoneham,
Massachusetts.
Las células de mamífero que contienen un vector
adecuado se dejan crecer durante un período de tiempo, típicamente
1-2 días, para empezar a expresar la secuencia o las
secuencias de ADN de interés. La selección del fármaco es aplicada
después para seleccionar el crecimiento de las células que están
expresando el marcador seleccionable de una manera estable. Para las
células que han sido transfectadas con un marcador amplificable,
seleccionable se puede incrementar la concentración de fármaco por
etapas para seleccionar el número de copias de las secuencias
aumentado de las secuencias clonadas, incrementando de ese modo los
niveles de expresión. Las células que expresan las secuencias
introducidas son seleccionadas y rastreadas en cuanto a la
producción de la proteína de interés en la forma deseada o al nivel
deseado. Las células que satisfacen estos criterios pueden ser
clonadas después y aumentadas a escala para la producción.
Los protocolos para la transfección de células
de mamífero son bien conocidos por los expertos normales en la
técnica. Entre los métodos representativos se incluyen la
transfección con fosfato de calcio, la electroporación, la
lipofección, la transfección mediada por fusión retroviral,
adenoviral y de protoplastos (ver Sambrook y col., supra).
Asimismo pueden ser absorbidos constructos vectores desnudos por las
células musculares u otras células adecuadas después de la inyección
en el músculo de un mamífero (u otro animal).
Numerosas células huésped de insecto conocidas
en la técnica pueden resultar útiles en la presente invención, a la
luz de la memoria sujeto. Por ejemplo, el uso de baculovirus como
vectores para expresar secuencias de ADN heterólogo en células de
insecto ha sido revisado por Atkinson y col. (Pestic. Sci.
28:215-224, 1990).
Numerosas células huésped vegetales conocidas en
la técnica pueden asimismo resultar útiles en la presente invención
a la luz de la memoria sujeto. Por ejemplo, el uso de
Agrobacterium rhizogenes como vector para expresar genes en
células vegetales ha sido revisado por Sinkar y col. (J.
Biosci. (Bangadore) 11:47-58, 1987).
En aspectos relacionados de la presente
invención, las proteínas de la presente invención pueden ser
expresadas en un animal transgénico cuyas células germinales y
células somáticas contienen un gen que codifica la proteína deseada
y que están conectadas operablemente a un promotor eficaz para la
expresión del gen. Alternativamente, de una manera similar se puede
preparar animales transgénicos que carezcan del gen deseado (v.g.,
ratones con un gen desactivado). Semejantes transgénicos pueden ser
preparados en una variedad de animales no humanos, incluyendo
ratones, ratas, conejos, ovejas, perros, cabras y cerdos (ver Hammer
y col., Nature 315:680-683, 1985, Palmiter y
col., Science 222:809-814, 1983, Brinster y
col., Proc. Natl. Acad. Sci. USA
82:4438-4442, 1985, Palmiter y Brinster, Cell
41:343-345, 1985, y Patentes de los Estados
Unidos Núms. 5.175.383, 5.087.751, 4.736.866, 5.387.742, 5.347.075,
5.221.778, y 5.175.384). Brevemente, un vector de expresión,
incluyendo una molécula de ácido nucleico que va a ser expresada
junto con secuencias para el control de la expresión situadas
adecuadamente, es introducido en pronúcleos de huevos fertilizados,
por ejemplo, mediante microinyección. La integración del ADN
inyectado es detectada mediante análisis de transferencia de ADN
desde las muestras de tejido. Se prefiere que el ADN introducido sea
incorporado a la línea germinal del animal de manera que pase a la
progenie del animal. La expresión específica de tejidos puede ser
lograda por medio del uso de un promotor específico de tejidos, o
por medio del uso de un promotor inducible, tal como el gen promotor
de la metalotioneína (Palmiter y col., 1983, ibid.), que
permita la expresión regulada del transgen.
Las proteínas pueden ser aisladas, entre otros
métodos, cultivando sistemas huésped y vectores adecuados para
producir los productos de traducción recombinantes de la presente
invención. Los sobrenadantes de tales líneas celulares, o las
inclusiones de proteína o las células completas en las que la
proteína es excretada al sobrenadante, pueden ser preparados después
mediante una variedad de procedimientos de purificación con el fin
de aislar las proteínas deseadas. Por ejemplo, el sobrenadante puede
ser concentrado primero utilizando filtros de concentración de
proteínas asequibles comercialmente, tales como una unidad de
ultrafiltración Amicon o Millipore Pellicon. Tras la concentración,
el producto concentrado puede ser aplicado a una matriz de
purificación adecuada tal como, por ejemplo, un anticuerpo
anti-proteína unido a un soporte adecuado.
Alternativamente, se pueden emplear resinas de intercambio aniónico
o catiónico con el fin de purificar la proteína. Como alternativa
adicional, se pueden emplear una o más etapas de cromatografía de
líquidos de alta resolución en fase reversa
(RP-HPLC) para purificar adicionalmente la
proteína. Otros métodos de aislamiento de las proteína de la
presente invención son bien conocidos por los expertos en la
técnica.
Se cree que una proteína está "aislada" en
el contexto de la presente invención si no se detecta otra proteína
(no deseada) conforme al análisis de SDS-PAGE
seguido de tinción con azul de Coomassie. En otras realizaciones, la
proteína deseada puede ser aislada de manera que no se detecte otra
proteína (no deseada) conforme al análisis de
SDS-PAGE seguido de tinción con plata.
En otros aspectos de la invención, se
proporcionan moléculas de ácido nucleico que son capaces de inhibir
la unión de la proteína de unión a TGF-beta a un
miembro de la familia del TGF-beta. Por ejemplo, en
una realización se proporcionan moléculas oligonucleotídicas
antisentido que inhiben específicamente la expresión de las
secuencias de ácido nucleico de la proteína de unión a
TGF-beta (ver generalmente, Hirashima y col., en
Molecular Biology of ARN: New Perspectives (M. Inouye y B.S. Dudock,
eds., 1987 Academic Press, San Diego, pág. 401); Oligonucleotides:
Antisense Inhibitors of Gene Expression (J.S. Cohen, ed., 1989
MacMillan Press, Londres); Stein y Cheng, Science
261:1004-1012, 1993; WO 95/10607; Patente de los
Estados Unidos Núm. 5.359.051; WO 92/06693; y
EP-A2-612844). Brevemente, tales
moléculas son construidas de manera que sean complementarias, y sean
capaces de formar pares de bases de Watson-Crick,
con una región de secuencia de ARNm de la proteína de unión a
TGF-beta transcrita. El ácido de doble hebra
resultante interfiere en la posterior maduración del ARNm, evitando
de ese modo la síntesis de proteínas (ver Ejemplo 10).
En otros aspectos de la invención, se
proporcionan ribozimas que son capaces de inhibir la unión de la
proteína de unión a TGF-beta a un miembro de la
familia del TGF-beta. Según se utiliza aquí, se
pretende que "ribozimas" incluya moléculas de ARN que contengan
secuencias antisentido para el reconocimiento específico, y una
actividad enzimática de escisión del ARN. La hebra catalítica
escinde un sitio específico en un ARN diana a una concentración
mayor de la estequiométrica. Se pueden utilizar una amplia variedad
de ribozimas en el contexto de la presente invención, incluyendo por
ejemplo, la ribozima cabeza de martillo (por ejemplo, como describen
Forster y Symons, Cell 48:211-220, 1987;
Haseloff y Gerlach, Nature 328:596-600,
1988; Walbot y Bruening, Nature 334:196, 1988; Haseloff y
Gerlach, Nature 334:585, 1988); la ribozima en horquilla (por
ejemplo, como describen Haseloff y col., Patente de los Estados
Unidos Núm. 5.254.678, expedida el 19 de Octubre de 1993, y Hempel y
col., Solicitud de Patente Europea Núm. 0.360.257, publicada el 26
de Marzo de 1990); y ribozimas basadas en el ARN ribosomal de
Tetrahymena (ver Cech y col., Patente de los Estados Unidos
Núm. 4.987.071). Las ribozimas de la presente invención constan
típicamente de ARN, pero también pueden estar compuestas por ADN,
análogos de ácido nucleico (v.g., fosforotioatos), o quiméricos de
los mismos (v.g., ADN/ARN/ARN).
El producto génico o cualquiera de las moléculas
candidato descritas antes y más abajo, pueden estar marcadas con una
variedad de compuestos, incluyendo por ejemplo, moléculas
fluorescentes, toxinas, y radionúclidos. Entre los ejemplos
representativos de moléculas fluorescentes se incluyen fluoresceína,
proteínas Phycobili, tales como ficoeritrina, rodamina, rojo
Texas y luciferasa. Entre los ejemplos representativos de las
toxinas se incluyen ricina, abrina, toxina de la difteria, toxina
del cólera, gelonina, proteína antiviral de Phytolacca americana
("pokeweed"), tritina, toxina de Sigella, y exotoxina A de
Pseudomonas. Entre los ejemplos representativos de los
radionúclidos se incluyen Cu-64,
Ga-67, Ga-68,
Zr-89,Ru-97, Tc-99m,
Ph-105, Pd-109,
In-111, I-123,
I-125, I-131,
Re-186, Re-188,
Au-198, Au-199,
Pb-203, At-211,
Pb-212 y Bi-212. Además, los
anticuerpos descritos antes también pueden ser marcados o conjugados
con un pareja de un par de unión al ligando. Entre los ejemplos
representativos se incluyen avidina-biotina, y
riboflavina-proteína de unión a riboflavina.
Los métodos para conjugar o marcar las moléculas
descritas aquí con las marcas representativas mostradas antes pueden
ser fácilmente completados por un experto normal en la técnica (ver
Trichothecene Antibody Conjugate, Patente de los Estados Unidos Núm.
4.744.981; Antibody Conjugate, Patente de los Estados Unidos Núm.
5.106.951; Fluorogenic Materials and Labeling Techniques, Patente de
los Estados Unidos Núm. 4.018.884; Metal Radionuclide Labeled
Proteins for Diagnosis and Therapy, Patente de los Estados Unidos
Núm. 4.897.255; y Metal Radionuclide Chelating Compounds for
Improved Chelation Kinetics, Patente de los Estados Unidos Núm.
4.988.496; ver también Inman, Methods In Enzymlogy, Vol. 34,
Affinity Techniques, Enzyme Purification: Part B, Jackoby y
Wilchek (eds.), Academic Press, Nueva York, pág. 30, 1974; ver
también Wilchek y Bayer, "The Avidin-Biotin
Complex in Bioanalytical Applications", Anal. Biochem.
171:1-32, 1988).
Como se ha observado antes, la presente
invención también proporciona una variedad de composiciones
farmacéuticas, que comprenden una de las moléculas descritas antes
que inhibe la unión de la proteína de unión a
TGF-beta a un miembro de la familia del
TGF-beta junto con un portador farmacéutica o
fisiológicamente aceptable, excipientes o diluyentes. Generalmente,
tales portadores pueden ser no tóxicos para los receptores a las
dosificaciones y concentraciones empleadas. Normalmente, la
preparación de tales composiciones abarca combinar el agente
terapéutico con tampones, antioxidantes tales como ácido ascórbico,
polipéptidos de bajo peso molecular (menos de aproximadamente 10
restos), proteínas, aminoácidos, carbohidratos incluyendo glucosa,
sacarosa o dextrinas, agentes quelantes tales como EDTA, glutation y
otros estabilizantes y excipientes. La solución salina tamponada
neutra o la solución salina mezclada con seralbúmina no específica
son diluyentes apropiados ejemplares.
Además, las composiciones farmacéuticas de la
presente invención pueden ser preparadas para su administración
mediante una variedad de rutas diferentes. Además, las composiciones
farmacéuticas de la presente invención pueden ser colocadas en
recipientes, junto con material de envasado que proporcione
instrucciones referentes al uso de tales composiciones
farmacéuticas. Generalmente, semejantes instrucciones incluirán una
expresión tangible describiendo la concentración de reactivo, así
como ciertas realizaciones, cantidades relativas de ingredientes
excipientes o diluyentes (v.g., agua, solución salina o PBS) que
pueden ser necesarias para reconstituir la composición
farmacéutica.
farmacéutica.
La presente invención también proporciona la
fabricación de medicamentos para incrementar el contenido mineral y
la densidad mineral del hueso. En resumen, numerosas condiciones dan
como resultado la pérdida de contenido mineral del hueso, incluyendo
por ejemplo, las enfermedades, la predisposición genética, los
accidentes que producen la pérdida de uso de un hueso (v.g. debido a
una fractura), los agentes terapéuticos que afectan a la resorción
ósea, o que eliminan células formadoras de hueso y el envejecimiento
normal. Por medio del uso de las moléculas descritas aquí que
inhiben la unión de la proteína de unión a TGF-beta
a un miembro de la familia del TGF-beta para
fabricar medicamentos se pueden tratar o prevenir tales condiciones.
Según se utiliza aquí, se debe entender que el contenido mineral del
hueso ha aumentado, si el contenido mineral del hueso ha aumentado
de una manera estadísticamente significativa (v.g., mayor de media
desviación estándar), en un sitio seleccionado.
Las moléculas descritas aquí pueden ser
utilizadas en la fabricación de medicamentos para tratar una amplia
variedad de condiciones que resultan de la pérdida de contenido
mineral del hueso. Los pacientes con tales condiciones pueden ser
identificados a través de la diagnosis clínica utilizando mecanismos
bien conocidos (ver, v.g., Harrison's Principles of Internal
Medicine, McGraw-Hill, Inc.). Entre los ejemplos
representativos de las enfermedades que pueden ser tratadas se
incluyen las displasias, en las que existe un crecimiento o
desarrollo anormal del hueso. Entre los ejemplos representativos de
tales condiciones se incluyen acondroplasia, disostosis
cleidocraneal, encondromatosis, displasia fibrosa, enfermedad de
Gaucher, raquitismo hipofosfatémico, enfermedad de Marfan, exostosis
hereditaria múltiple, neurofibromatosis, osteogénesis imperfecta,
osteopetrosis, osteopoikilosis, lesiones escleróticas, fracturas,
enfermedad periodontal, pseudoartrosis y osteomielitis
piogénica.
Entre otras condiciones que pueden ser tratadas
o evitadas utilizando los medicamentos de la invención se incluyen
una amplia variedad de causas de osteopenia (es decir, una condición
que ocasiona una desviación estándar mayor de uno de contenido
mineral o densidad del hueso por debajo del contenido mineral
esquelético pico en la juventud). Entre los ejemplos representativos
de tales condiciones se incluyen los estados anémicos, las
condiciones causadas por esteroides, las condiciones causadas por
heparina, trastornos de la médula ósea, escorbuto, malnutrición,
deficiencia en calcio, osteoporosis idiopática, osteopenia y
osteoporosis congénita, alcoholismo, enfermedad crónica del hígado,
senectud, estado post-menopáusico, oligomenorrea,
amenorrea, embarazo, diabetes melitus, hipertiroidismo,
enfermedad de Cushing, acromegalia, hipogonadismo, inmovilización o
desuso, síndrome de distrofia simpática refleja, osteoporosis
regional transitoria y osteomalacia.
En un aspecto la presente invención proporciona
el uso de una molécula que inhibe la unión de la proteína de unión a
TGF-beta a un miembro de la familia del
TGF-beta en la fabricación de un medicamento para
incrementar el contenido mineral o la densidad del hueso de un
animal de sangre caliente proporcionando el medicamento una cantidad
eficaz de la molécula. Entre los ejemplos de los animales de sangre
caliente que se pueden tratar se incluyen tanto vertebrados como
mamíferos, incluyendo por ejemplo, caballos, vacas, cerdos, ovejas,
perros, gatos, ratas y ratones. Entre los ejemplos representativos
de las moléculas terapéuticas se incluyen ribozimas, genes de
ribozimas, oligonucleótidos antisentido y anticuerpos (v.g.,
anticuerpos humanizados).
En otros aspectos la presente invención
comprende introducir en las células que buscan el hueso un vector
que dirige la expresión de una molécula que inhibe la proteína de
unión a TGF-beta a un miembro de la familia del
TGF-beta, después tales células pueden ser
utilizadas en la fabricación de un medicamento para incrementar la
densidad del hueso en un animal de sangre caliente. Brevemente, las
células que buscan el hueso pueden ser obtenidas directamente a
partir del hueso de pacientes (v.g., células obtenidas a partir de
médula ósea tales como CD34+, osteoblastos, osteocitos, y
similares), a partir de sangre periférica, o a partir de
cultivos.
Un vector que dirige la expresión de una
molécula que inhibe la unión de una proteína de unión a
TGF-beta a un miembro de la familia del
TGF-beta es introducido en las células. Entre los
ejemplos representativos de los vectores adecuados se incluyen
vectores virales tales como vectores virales del herpes (v.g.,
Patente de los Estados Unidos Núm. 5.288.641), vectores adenovirales
(v.g., WO 94/26914, WO 93/9191; Kolls y col., PNAS
91(1):215-219, 1994;
Kass-Eisler y col., PNAS
90(24):11498-502, 1993; Guzman y col.,
Circulation 88(6):2838-48, 1993;
Guzman y col., Cir. Res.
73(6):1202-1207, 1993; Zabner y col.,
Cell 75(2):207-216, 1993; Li y col.,
Hum Gene Ther. 4(4):403-409, 1993;
Caillaud y col., Eur. J. Neurosci.
5(10):1287-1291, 1993; Vincent y col.,
Nat. Genet. 5(2):130-134, 1993; Jaffe
y col., Nat. Genet. 1(5):372-378,
1992; y Levrero y col., Gene
101(2):195-202, 1991), vectores virales
adenoasociados (WO 95/13365; Flotte y col., PNAS
90(22):10613-10617, 1993), vectores de
baculovirus, vectores de parvovirus (Koering y col., Hum. Gene
Therap. 5:457-463, 1994), vectores de poxvirus
(Panicali y Paoletti, PNAS 79:4927-4931,
1982; y Ozaki y col., Biochem. Biophys. Res. Comm.
193(2):653-660, 1993), y retrovirus
(v.g., EP 0.415.731; WO 90/07936; WO 91/0285; WO 94/03622; WO
93/25698; WO 93/25234; Patente de los Estados Unidos Núm. 5.219.740;
WO 93/11239; WO 93/10218). Del mismo modo se pueden construir
vectores virales que contengan una mezcla de elementos diferentes
(v.g., promotores, secuencias de la envuelta y similares) de
diferentes virus, o fuentes no virales. En varias realizaciones, se
puede utilizar o bien el propio vector viral, o bien una partícula
viral que contenga el vector viral en los métodos y composiciones
descritos más abajo.
En otras realizaciones de la invención, las
moléculas de ácido nucleico que codifican una molécula que inhibe la
unión de una proteína de unión a TGF-beta a un
miembro de la familia del TGF-beta por sí mismas
pueden ser administradas mediante una variedad de técnicas,
incluyendo, por ejemplo, la administración a asialomucoide (ASOR)
conjugado con complejos de
poli-L-lisina ADN (Cistano y col.,
PNAS 92122-92126, 1993), ADN unido a
adenovirus muerto (Curiel y col., Hum. Gene Ther.
3(2):147-154, 1992), introducción mediada
por citofectina (DMRIE-DOPE, Vical, California),
inyección de ADN directa (Acsadi y col., Nature
352:815-818, 1991); ligandos de ADN (Wu y col.,
J. of Biol. Chem. 264:16985-16987, 1989);
lipofección (Felgner y col., Proc. Natl. Acad. Sci. USA
84:7413-7417, 1989); liposomas (Pickering y
col., Circ. 89(1):13-21, 1994; y Wang
y col., PNAS 84:7851-7855, 1987); bombardeo
con microproyectiles (Williams y col., PNAS
88:2726-2730, 1991); y liberación directa de ácido
nucleicos que codifican la propia proteína ya sea sola (Vile y Hart,
Cancer Res. 53:3860-3864, 1993) o utilizando
complejos de PEG-ácido nucleico.
Entre los ejemplos representativos de las
moléculas que pueden ser expresadas por los vectores de la presente
invención se incluyen ribozimas y moléculas antisentido, cada uno de
las cuales se ha discutido con más detalle antes.
La determinación del contenido mineral del hueso
incrementado puede ser resuelta directamente por medio del uso de
los rayos x (v.g., Dual Energy X-ray Absorptometry o
"DEXA"), o mediante inferencia a través de marcadores de
recambio óseo (fosfatasa alcalina específica de osteoblastos,
osteocalcina, procolágeno de tipo 1, propéptido C' (PICP), y
fosfatasa alcalina total; ver Comier, C., Curr. Opin. In Rheu.
7:243, 1995), o marcadores de resorción ósea (piridinolina,
desoxipiridinolina, N-telopéptido, hidroxiprolina
urinaria, fosfatasas ácidas tartrato-resistentes del
plasma y galactosilhidroxilisina; ver Comier, supra). La
cantidad de masa ósea puede ser calculada a partir de los pesos
corporales, o utilizando otros métodos (ver
Guiness-Hey, Metab. Bone Dis. And Rel. Res.
5:177-181, 1984).
Como resultará evidente para un experto en la
técnica, la cantidad y la frecuencia de la administración
dependerán, por supuesto, de factores tales como la naturaleza y
gravedad de la indicación que esté siendo tratada, de la respuesta
deseada, de la condición del paciente, etcétera. Típicamente, las
composiciones pueden ser administradas mediante una variedad de
técnicas, como se ha indicado antes.
Los siguientes ejemplos se ofrecen a modo de
ilustración, y no a modo de limitación.
El cartografiado genético del defecto
responsable de la esclerosteosis en humanos localizó el gen
responsable de este trastorno en la región del cromosoma 17 humano
que codifica un miembro novedoso de la familia de la proteína de
unión al TGF-beta. En la esclerosteosis, el hueso
esquelético presenta un incremento sustancial en la densidad mineral
en relación con la de los individuos no afectados. El hueso de la
cabeza también presenta un sobrecrecimiento. Los pacientes con
esclerosteosis son generalmente sanos aunque pueden mostrar grados
variables de sindactilia al nacer y grados variables de compresión
craneal y compresión nerviosa en la calavera.
El análisis de conexión del defecto del gen
asociado con la esclerosteosis fue realizado aplicando el método del
cartografiado por homozigosidad a muestras de ADN recogidas de 24
familias de Afrikaaner de Suráfrica en las cuales se producía la
enfermedad. (Sheffield y col., 1994, Human Molecular Genetics
3:1331-1335. "Identification of a
Badet-Biedl syndrome locus on chromosome 3 and
evaluation of an efficient approach to homozygosity mapping").
La población Afrikaaner de Suráfrica es generalmente homogénea; la
población desciende de un pequeño número de fundadores que
colonizaron el área hace varios siglos, y ha estado aislada por
barreras geográficas y sociales desde su fundación. La
esclerosteosis es rara en todo el mundo fuera de la comunidad
Afrikaaner, lo que sugiere que se encontraba presente una mutación
en el gen en la población fundadora y ha aumentado de número junto
con el crecimiento de la población. El uso del cartografiado de
homozigosidad se basa en la suposición de que es probable que los
marcadores del cartografiado del ADN adyacentes a un mutación
recesiva sean homozigotos en los individuos afectados de familias
consanguíneas y en poblaciones aisladas.
Se seleccionó un grupo de 371 marcadores
microsatélites (Research Genetics, Set 6) de los cromosomas
autosómicos para tipificar reservas de ADN de muestras de pacientes
con esclerosteosis. Las muestras de ADN para este análisis procedían
de 29 pacientes con esclerosteosis de 24 familias, 59 miembros de
familias no afectadas y un grupo de individuos de control no
emparentados de la misma población. Las reservas constaban de
4-6 individuos, individuos afectados, individuos
afectados de familias consanguíneas, padres y hermanos no afectados,
o controles no emparentados. En las reservas de individuos no
relacionados y en la mayor parte de las reservas con individuos
afectados o miembros de la familia, los análisis de los marcadores
demostraron numerosos tamaños de alelos para cada marcador. Un
marcador, D17S1299, mostraba una indicación de homozigosidad: una
banda en algunas de las reservas de individuos afectados.
Las 24 familias con esclerosteosis fueron
tipificadas con un total de 19 marcadores en la región D17S1299 (en
17q12-q21). Los individuos afectados de cada familia
demostraron ser homozigotos en esta región, y 25 de los 29
individuos eran homozigotos para un haplotipo central; cada uno
tenía los mismos alelos entre D17S1787 y D17S930. Los otros cuatro
individuos tenían un cromosoma que se emparejaba con este haplotipo
y un segundo que no. En suma, los datos sugerían de modo convincente
que esta región de 3 megabases contenía la mutación de la
esclerosteosis. El análisis de la secuencia de la mayor parte de los
exones de esta región de 3 megabases identificaba una mutación
terminadora en la secuencia codificadora de la proteína de unión a
TGF novedosa (mutación C>T en la posición 117 del SEQ ID NO. 1
da como resultado un codón de terminación). Se demostró que esta
mutación era única para los pacientes con esclerosteosis y los
portadores de los descendientes de Afrikaaner. La identidad del gen
fue confirmada adicionalmente identificando una mutación en su
intrón (mutación A>T en la posición +3 del intrón) que da como
resultado una maduración del ARNm inapropiada en un paciente no
emparentado, individual con esclerosteosis diagnosticada.
\vskip1.000000\baselineskip
Se preparó un ADNc de primera hebra a partir de
las siguientes muestras de ARN total utilizando un estuche asequible
comercialmente ("Superscript Preamplification System for First
Strand cDNA Synthesis", Life Technologies, Rockville, MD):
cerebro humano, hígado humano, bazo humano, timo humano, placenta
humana, músculo esquelético humano, tiroides humano, pituitaria
humana, osteoblastos humanos (NHOst de Clonetics Corp., San Diego,
CA), línea celular de osteosarcoma humano (Saos-2,
ATCC# HTB-85), hueso humano, médula ósea humana,
cartílago humano, hueso de mono Vervet, Saccharomyces
cerevisiae y monocitos de sangre periférica humana. Todas las
muestras de ARN fueron adquiridas de una fuente comercial
(Clontech, Palo Alto, CA), excepto las siguientes que fueron
preparadas por la empresa: osteoblasto humano, línea celular de
osteosarcoma humano, hueso humano, cartílago humano y hueso de mono
Vervet. Estas muestras de ARN preparadas en la empresa fueron
preparadas utilizando un estuche asequible comercialmente ("TRI
Reagent", Molecular Research Center, Inc., Cincinnati, OH).
La PCR fue realizada sobre estas muestras, y
adicionalmente sobre una muestra genómica como control. El
oligonucleótido Beer efector tenía la secuencia
5'-CCGGAGCTGGAGAACAACAAG-3' (SEC ID
NO: 19). El cebador oligonucleotídico Beer antisentido tenía la
secuencia 5'-GCACTGGCCGGAGCACACC-3'
(SEC ID NO: 20). Además, se realizó la PCR utilizando cebadores para
el gen de la beta-actina humana, como control. El
cebador oligonucleotídico de la
beta-actina-efector tenía la
secuencia 5'-AGGCCAACCGCGAGAAGATGA
CC-3' (SEC ID NO: 21). El cebador oligonucleotídico
de la beta-actina antisentido tenía la secuencia
5'-GAAGT CCAGGGCGACGTAGCA-3' (SEC ID
NO: 22). La PCR se realizó utilizando condiciones normalizadas en
reacciones de 25 \mul, con una temperatura de hibridación de 61
grados Celsius. Se llevaron a cabo 32 ciclos de PCR con los
cebadores Beer y veinticuatro ciclos con los cebadores de la
beta-actina.
Tras la amplificación, se analizaron 12 \mul
de cada reacción mediante electroforesis en gel de agarosa y tinción
con bromuro de etidio. Ver Figura 2A.
El ADNc Beer de ratón completo (Secuencia
de ID Núm: 11) fue clonado en el vector pCR2.1 (Invitrogen,
Carlsbad, CA) en las direcciones antisentido y efectora utilizando
el protocolo del fabricante. Los transcritos efector y antisentido
de ARNc marcado con
S^{35}-alfa-GTP fueron
sintetizados utilizando reactivos de transcripción in vitro
suministrados por Ambion, Inc. (Austin, TX). La hibridación in
situ fue realizada según los protocolos de Lyons y col. (J.
Cell Biol. 111:2427-2436, 1990).
La sonda de ARNc Beer de ratón detectaba
un mensaje específico expresado en el tubo neural, los blastemas,
los vasos sanguíneos y los cartílagos de osificación de los
embriones de ratón en desarrollo. El Panel A de la Figura 3 muestra
expresión en la cresta ectodérmica apical (aer en sus siglas en
inglés) del blastema (l en sus siglas en inglés), los vasos
sanguíneos (bv en sus siglas en inglés) y el tubo neural (nt en sus
siglas en inglés). El panel B muestra la expresión en el 4º
ventrículo del cerebro (4). El Panel C muestra la expresión en la
mandíbula (ma), en las vértebras cervicales (cv), el hueso occipital
(oc), el paladar (pa) y los vasos sanguíneos (bv). El panel D
muestra la expresión en las costillas (r) y en la válvula del
corazón (va). El panel A es una sección transversal de embrión de
10,5 dpc. El panel B es una sección sagital de embrión de 12,5 dpc y
los paneles C y D son secciones sagitales de embriones de 15,5
dpc.
Ba= arco branquial, h=corazón, te=telencéfalo
(prosencéfalo), b=cerebro, f=masa frontal, g=intestino, j=mandíbula,
li=hígado, lu=pulmón, ot=vesícula ótica, ao=, sc=médula espinal,
skm=músculo esquelético, na=seno nasal, th=timo, to=lengua,
fl=miembro anterior, di=diafragma.
\vskip1.000000\baselineskip
La secuencia de ADN que codifica la proteína
Beer humana completa fue amplificada utilizando los siguientes
cebadores oligonucleotídicos para PCR. El cebador oligonucleotídico
5' tenía la secuencia
5'-AAGCTTGGTACCATG
CAGCTCCCAC-3' (SEC ID NO: 23) y contenía un sitio para la enzima de restricción HindIII (en negrita) seguido de 19 nucleótidos del gen Beer empezando 6 pares de bases antes del presunto codón de iniciación amino terminal (ATG). El cebador oligonucleotídico 3' tenía la secuencia 5'-AAGCTTCTACTTGTCATCGTCGTCCTTG
TAGTCGTAGGCGTTCTCCAGCT-3' (SEC ID NO: 24) y contenía un sitio para la enzima de restricción HindIII (en negrita) seguido de un codón de terminación complementario inverso (CTA) seguido del complemento inverso del epítopo FALG (subrayado, Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO) flanqueado por el complemento inverso de nucleótidos que codifican los 5 aminoácidos carboxi terminales de Beer. El producto de la PCR fue clonado con TA ("Original TA Cloning Kit", Invitrogen, Carlsbad, CA) y los clones individuales fueron rastreados mediante secuenciación del ADN. Un clon de secuencia verificada fue digerido después por HindIII y purificado sobre gel de agarosa al 1,5% utilizando reactivos asequibles comercialmente ("Qiaquick Gel Extraction Kit", Qiagen Inc., Valencia, CA). Este fragmento fue ligado después al plásmido pcDNA3.1 tratado con fosfatasa, digerido con HindIII y cultivado en placa sobre placas LB con 100 \mug/ml de ampicilina. Las colonias que portaban el recombinante deseado en la orientación apropiada fueron identificados mediante rastreo basado en PCR, utilizando un cebador 5' correspondiente al sitio promotor/cebador de T7 en pcDNA3.1 y un cebador 3' con la secuencia 5'-GCACTGGCCGGAGCACACC-3' (SEC ID NO: 25) que corresponde al complemento inverso de la secuencia BEER interna. La secuencia del fragmento clonado fue confirmada mediante secuenciación del ADN.
CAGCTCCCAC-3' (SEC ID NO: 23) y contenía un sitio para la enzima de restricción HindIII (en negrita) seguido de 19 nucleótidos del gen Beer empezando 6 pares de bases antes del presunto codón de iniciación amino terminal (ATG). El cebador oligonucleotídico 3' tenía la secuencia 5'-AAGCTTCTACTTGTCATCGTCGTCCTTG
TAGTCGTAGGCGTTCTCCAGCT-3' (SEC ID NO: 24) y contenía un sitio para la enzima de restricción HindIII (en negrita) seguido de un codón de terminación complementario inverso (CTA) seguido del complemento inverso del epítopo FALG (subrayado, Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO) flanqueado por el complemento inverso de nucleótidos que codifican los 5 aminoácidos carboxi terminales de Beer. El producto de la PCR fue clonado con TA ("Original TA Cloning Kit", Invitrogen, Carlsbad, CA) y los clones individuales fueron rastreados mediante secuenciación del ADN. Un clon de secuencia verificada fue digerido después por HindIII y purificado sobre gel de agarosa al 1,5% utilizando reactivos asequibles comercialmente ("Qiaquick Gel Extraction Kit", Qiagen Inc., Valencia, CA). Este fragmento fue ligado después al plásmido pcDNA3.1 tratado con fosfatasa, digerido con HindIII y cultivado en placa sobre placas LB con 100 \mug/ml de ampicilina. Las colonias que portaban el recombinante deseado en la orientación apropiada fueron identificados mediante rastreo basado en PCR, utilizando un cebador 5' correspondiente al sitio promotor/cebador de T7 en pcDNA3.1 y un cebador 3' con la secuencia 5'-GCACTGGCCGGAGCACACC-3' (SEC ID NO: 25) que corresponde al complemento inverso de la secuencia BEER interna. La secuencia del fragmento clonado fue confirmada mediante secuenciación del ADN.
Se utilizaron células COS-1
(ATCC #CRL-1650) para la transfección. Se
transfectaron 50 \mug del plásmido de expresión
pcDNA-Beer-Flag utilizando un
estuche asequible comercialmente siguiendo los protocolos
suministrados por el fabricante ("DEAE-Dextran
Transfection Kit", Sigma Chemical Co., St. Louis, MO). El medio
final tras la transfección era DMEM (Life Technologies, Rockville,
MD) conteniendo Suero Bovino Fetal al 0,1%. Al cabo de 4 días de
cultivo, el medio se separó. La expresión de BEER recombinante fue
analizada mediante SDS-PAGE y Transferencia Western
utilizando anticuerpo monoclonal M2 anti-FLAG
(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO). La purificación
de la proteína BEER recombinante se realizó utilizando una columna
de afinidad M2 anti-FLAG ("Mammalian Transient
Expression System", Sigma-Aldrich Co., St. Louis,
MO). El perfil de la columna fue analizado vía
SDS-PAGE y Transferencia Western utilizando
anticuerpo monoclonal M2 anti-FLAG.
La secuencia del gen Beer humano fue
amplificada utilizando la PCR con condiciones normalizadas y los
siguientes cebadores:
\vskip1.000000\baselineskip
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Cebador efector: \+
5'-GTCGTCGGATCCATGGGGTGGCAGGCGTTCAAGAATGAT-3'
\+ (SEC ID NO: 26)\cr \+\+\cr \+\+\cr Cebador antisentido: \+
5'-GTCGTCAAGCTTCTACTTGTCATCGTCCTTGTAGTCTAGGC\+\cr
\+ \hskip0,4cm GTTCTCCAGCTCGGC-3' \+ (SEC ID NO:
27)\cr}
\vskip1.000000\baselineskip
El ADNc resultante contenía la región
codificadora de Beer con dos modificaciones. La señal de secreción
N-terminal se había eliminado y la etiqueta del
epítopo FLAG (Sigma) estaba fusionada en marco con el extremo
C-terminal del inserto. Se añadieron los sitios de
clonación BamHI y HindIII y el gen fue subclonado en el vector
pMelBac (Invitrogen) para la transferencia a un vector baculoviral
utilizando métodos normalizados.
Los baculovirus recombinantes que expresaban la
proteína Beer fueron elaborados utilizando el estuche de
transfección Ba-N-blue (Invitrogen)
y purificados según las instrucciones de los fabricantes.
Las células SF9 (Invitrogen) fueron mantenidas
en medio TNM_FH (Invitrogen) conteniendo suero de ternera fetal al
10%. Para la expresión de la proteína, los cultivos de SF9 en
matraces con extensor de centrifugación ("Spinner") a una MOI
de más de 10. Las muestras de los medios y de las células fueron
tomadas diariamente durante cinco días, y la expresión de Beer fue
controlada mediante transferencia Western utilizando anticuerpo
monoclonal M2 anti-FLAG (Sigma) o antisuero
policlonal de conejo anti-Beer.
Al cabo de cinco días las células SF9 infectadas
con baculovirus fueron recogidas mediante centrifugación y la
proteína asociada a las células fue extraída del sedimento celular
utilizando un tampón de extracción de elevada contenido de sal (NaCl
1,5 M, Tris 50 mM pH 7,5). El extracto (20 ml por 300 ml de cultivo)
fue aclarado mediante centrifugación, sometido a diálisis tres veces
frente a cuatro litros de solución salina tamponada con Tris (NaCl
150 mM, Tris 50 mM pH 7,5), y aclarado de nuevo mediante
centrifugación. Esta fracción con elevado contenido de sal fue
aplicada a Hitrap Heparin (Pharmacia: 5 ml de volumen de lecho),
lavada extensamente con solución salina tamponada con HEPES (HEPES
25 mM 7,5, NaCl 150 mM) y las proteínas unidas se hicieron eluir con
un gradiente de NaCl 150 mM a NaCl 1200 mM. La elución de Beer fue
observada a un NaCl aproximadamente 800 mM. Las fracciones que
contenían Beer fueron suplementadas con glicerol al 10% y DTT 1 mM y
congeladas a -80ºC.
\newpage
Las secuencias de ADN de Beer humana, Gremlin
humana, y Dan humana fueron amplificadas utilizando métodos de PCR
normalizados con los siguientes cebadores oligonucleotídicos:
\vskip1.000000\baselineskip
Beer H
| Efector: | 5'-GACTTGGATCCCAGGGGTGGCAGGCGTTC-3' | (SEC ID NO: 28) |
| Antisentido: | 5'-AGCATAAGCTTCTAGTAGGCGTTCTCCAG-3' | (SEC ID NO: 29) |
\vskip1.000000\baselineskip
Gremlin H
| Efector: | 5'-GACTTGGATCCGAAGGGAAAAAGAAAGGG-3' | (SEC ID NO: 30) |
| Antisentido: | 5'-AGCATAAGCTTTTAATCCAAATCGATGGA-3' | (SEC ID NO: 31) |
\vskip1.000000\baselineskip
Dan H
| Efector: | 5'-ACTACGAGCTCGGCCCCACCACCCATCAACAAG-3' | (SEC ID NO: 32) |
| Antisentido: | 5'-ACTTAGAAGCTTTCAGTCCTCAGCCCCCTCTTTCC-3' | (SEC ID NO: 33) |
\vskip1.000000\baselineskip
En cada caso los cebadores enumerados
amplificaban la región codificadora completa menos la secuencia
señal de secreción. Entre estos se incluyen los sitios de
restricción para la subclonación en el vector de expresión
bacteriano pQE-30 (Qiagen Inc., Valencia) en los
sitios BamHI/HindIII para Beer y Gremlin, y en los sitios
SacI/HindIII para Dan. pQE30 contiene una secuencia codificadora
para la etiqueta 6x His en el extremo 5' de la región de clonación.
Los constructos completados fueron transformados en E. coli
cepa M-15/pRep (Qiagen Inc.) y los clones
individuales fueron verificados por secuenciación. La expresión de
la proteína en M-15/pRep y la purificación (unión
de la etiqueta de afinidad 6xHis a Ni-NTA acoplado
con Sepharose) fueron realizadas como describen los fabricantes
(Qiagen, The QIAexpressionist).
La proteína Beer derivada de E. coli fue
recuperada en una cantidad significativa utilizando la
solubilización en guanidina 6M y sometida a diálisis a
2-4M para evitar la precipitación durante el
almacenamiento. Las proteínas Gremlin y Dan fueron recuperadas en
una cantidad superior con solubilización en guanidina 6M y una
concentración de guanidina post-purificación de
0,5M.
Se produjeron anticuerpos policlonales para cada
uno de los tres antígenos en huéspedes como conejo y pollo
utilizando los protocolos normalizados (R & R Antibody,
Stanwood, WA; protocolo normalizado para inmunización de conejo y
recuperación de antisuero; Short Protocols in Molecular Biology, 2ª
edición, 1992. 11.37-11.41. Contributors Helen M.
Cooper and Yvonne Paterson; el suero de pollo fue generado con
Strategic Biosolutions Ramona, CA).
El antisuero de conejo y la fracción IgY de
huevo de pollo fueron rastreados en cuanto a la actividad vía
transferencia Western. Cada uno de los tres antígenos fue separado
mediante PAGE y transferido a nitrocelulosa de 0,45 \mum (Novex,
San Diego, CA). La membrana fue cortada en tiras conteniendo cada
tira aproximadamente 75 ng de antígeno. Las tiras fueron bloqueadas
en Blottig Grade Block al 3% (Bio-Rad Laboratories,
Hercules, CA) y lavadas 3 veces en 1X solución salina tamponada con
Tris (TBS)/tampón Tween al 0,02%. El anticuerpo primario (tomas de
sangre pre-inmunización, antisuero de conejo o IgY
de huevo de pollo en diluciones que oscilaban de 1:100 a 1:10.000 en
tampón de bloqueo) fue incubado con las tiras durante una hora con
un balanceo suave. Una segunda serie de tres lavados 1X TBS/TWEEN al
0,02% estuvo seguida de una incubación de una hora con el anticuerpo
secundario (anti-conejo de burro conjugado con
peroxidasa, Amersham Life Science, Piscataway, NJ; o
anti-polli de burro conjugado con peroxidasa,
Jackson ImmunoResearch, West Grove, PA). Se realizó un ciclo final
de 3X lavados de 1X TBS/TWEEN al 0,02% y las tiras fueron
desarrolladas con Lumi-Light Western Blotting
Substrate (Roche Molecular Biochemicals, Mannheim, Alemania).
Siguiendo el protocolo descrito en la sección
anterior, se incubaron tiras de Beer, Gremlin o Dan con diluciones
(1:5000 y 1:10.000) de sus respectivos antisueros de conejo o IgY de
huevo de pollo así como antisuero o Igy de huevo de pollo
(diluciones 1:1000 y 1:5000) elaborados para los dos antígenos
restantes. Los niveles incrementados de anticuerpos que no se
emparejaban fueron realizados para detectar la unión de baja
afinidad por los anticuerpos que pueden ser observados solamente a
una concentración elevada. El protocolo y la duración del desarrollo
son los mismos para los tres eventos de unión utilizando el
protocolo descrito antes. No se observaba reactividad cruzada con el
antígeno para ninguno de los antígenos sometidos a ensayo.
\vskip1.000000\baselineskip
La interacción de Beer con las proteínas de
diferentes ramas filogenéticas de la súper-familia
del TGF-\beta fue estudiada utilizando métodos de
inmunoprecipitación. Se obtuvieron TGF\beta-1,
TGF\beta-2, TGF\beta-3,
BMP-4, BMP-5, BMP-6
y GDNF a partir de fuentes comerciales (R & D systems;
Minneapolis, MN). Un protocolo representativo es el siguiente. Se
sometió a diálisis Beer parcialmente purificada en solución salina
tamponada con HEPES (HEPES 25 mM 7,5, NaCl 150 mM). Las
inmunoprecipitaciones fueron realizadas en 300 \mul de tampón IP
(NaCl 150 mM, Tris 25 mM, pH 7,5, EDTA 1 mM,
\beta-mercaptoetanol 1,4 mM, triton
X-100 al 0,5%, y glicerol al 10%). Se aplicaron 30
ng de proteína BMP-5 humana recombinante (R & D
systems) a 15 \mul de matriz de afinidad FLAG (Sigma, St. Louis
MO)) en presencia y ausencia de 500 ng de Beer marcada con el
epítopo FLAG. Las proteínas fueron incubadas durante 4 horas @ 4ºC y
después las proteínas asociadas con la matriz de afinidad fueron
lavadas cinco veces en tampón IP (1 ml por lavado). Las proteínas
unidas se hicieron eluir de la matriz de afinidad en 60 microlitros
de 1X tampón de muestra SDS PAGE. La proteínas fueron resueltas
mediante SDS PAGE y la Beer asociada con BMP-5 fue
detectada mediante transferencia Western utilizando antisuero
anti-BMP-5 (Research Diagnostics,
Inc.) (ver la Figura 5).
La proteína FLAG-Beer (20 ng) es
añadida a 100 \mul de PBS/BSA al 0,2% y adsorbida en cada pocillo
de una placa de microtitulación de 96 pocillos previamente
recubierta con anticuerpo monoclonal anti-FLAG
(Sigma; St Louis MO) y bloqueada con BSA en PBS al 10%. Esto se
realiza a la temperatura ambiente durante 60 minutos. Esta solución
de proteína se separa y los pocillos se lavan para separar la
proteína no unida. Se añade BMP-5 a cada pocillo a
concentraciones que oscilan de 10 pM a 500 nM en PBS/BSA al 0,2% y
se incuba durante 2 horas a la temperatura ambiente. La solución de
unión se separa y la placa se lava tres veces con volúmenes de 200
\mul de PBS/BSA al 0,2%. Los niveles e BMP-5 son
detectados utilizando anti-suero
BMP-5 vía ELISA (F.M. Ausubel y col. (1998) Current
Protocols in Mol. Biol. Vol. 2 11.2.1-11.2.22). La
unión específica se calcula sustrayendo la unión no específica de la
unión total y se analiza mediante el programa LIGAND (Munson y
Podbard, Anal. Biochem., 107, pág. 220-239,
(1980).
En una variación de este método, se diseña Beer
y se expresa como una proteína de fusión con Fc human. Del mismo
modo el BMP ligando se diseña y se expresa como una fusión con Fc de
ratón. Estas proteínas son incubadas juntas y el análisis es
realizado como describe Mellor y col. utilizando la detección de
fluorescencia de resolución con el tiempo (G.W. Mellor y col.,
J. of Biomol Screening, 3(2) 91-99,
1998).
\vskip1.000000\baselineskip
El análisis descrito antes se repite con dos
excepciones. Primero, la concentración de BMP se mantiene fija a la
Kd determinada previamente. Segundo, se añade una colección de
candidatos antagonistas a una concentración fijada (20 \muM en el
caso de las colecciones de moléculas orgánicas pequeñas y 1 \muM
en estudios con anticuerpo). Entre estas moléculas candidato
(antagonistas) de la unión a la proteína de unión de
TGF-beta se incluyen compuestos orgánicos derivados
de colecciones comerciales o internas que representan diversas
estructuras químicas. Estos compuestos son preparados en forma de
soluciones de partida en DMSO y son añadidas a pocillos de análisis
a \leq 1% del volumen final en condiciones de análisis
normalizadas. Estas son incubadas durante 2 horas a la temperatura
ambiente con BMP y Beer, la solución es separada y el BMP unido es
cuantificado como se ha descrito. Los agentes que inhiben el 40% de
la unión a BMP observada en ausencia de compuesto o anticuerpo son
considerados antagonistas de esta interacción. Estos son evaluados
adicionalmente como inhibidores potenciales basándose en estudios de
titulación para determinar sus constantes d inhibición y su
influencia sobre la afinidad de unión de la proteína de unión a
TGF-beta. Asimismo se pueden llevar a cabo análisis
de control de la especificidad comparables para establecer el perfil
de selectividad para el antagonista identificado a través de
estudios en los que se utilizan análisis dependientes de la acción
del ligando BMP (v.g., estudio de competición BMP/receptor de
BMP).
La evaluación de la inhibición de la
localización en la matriz del hueso (hidroxiapatita) se realiza
utilizando modificaciones del método de Nicolás (Nicolás, V. Calcif
Tissue Int. 57:206, 1995). Brevemente, la proteína de unión a
TGF-beta marcada con I^{125} es preparada como
describe Nicolás (supra). La hidroxiapatita es añadida a cada
pocillo de una placa de microtitulación de 96 pocillos equipada con
una membrana de filtración de polipropileno (Polyfiltronic, Weymouth
MA). La proteína de unión a TGF-beta es añadida a
albúmina al 0,2% en tampón PBS. Los pocillos que contienen la
matriz son lavados 3 veces con este tampón. La proteína de unión a
TGF-beta adsorbida se hace eluir utilizando NaOH
0,3M y se cuantifica.
La identificación del inhibidor se lleva a cabo
por medio de la incubación de la proteína de unión a
TGF-beta con moléculas de ensayo y aplicando la
mezcla a la matriz como se ha descrito antes. La matriz se lava 3
veces con albúmina al 0,2% en tampón PBS. La proteína de unión a
TGF-beta adsorbida se hace eluir utilizando NaOh
0,3M y se cuantifica. Los agentes que inhiben el 40% de la unión de
la proteína de unión a TGF-beta observada en
ausencia de compuesto o anticuerpo son considerados inhibidores de
la localización ósea. Estos inhibidores se caracterizan
adicionalmente por los estudios dosis-respuesta para
determinar sus constantes de inhibición y su influencia sobre la
afinidad de unión de la proteína de unión a
TGF-beta.
\vskip1.000000\baselineskip
Un ADNc de la proteína de unión a
TGF-beta completo en pBluescript SK sirve como molde
para la mutagénesis. En resumen, los cebadores apropiados (ver el
estudio proporcionado aquí) son utilizados para generar el fragmento
de ADN mediante la reacción en cadena de la polimerasa utilizando la
polimerasa Vent DNA (New England Biolabs, Beverly, MA). La reacción
en cadena de la polimerasa se hace funcionar durante 23 ciclos en
tampones proporcionados por el fabricante utilizando una temperatura
hibridación de 57ºC. El producto es expuesto después a dos enzimas
de restricción y tras el aislamiento utilizando electroforesis en
gel de agarosa, ligado de nuevo en pRBP4-503 del
cual se ha separado la secuencia de emparejamiento mediante
digestión enzimática. La integridad del mutante es verificada
mediante secuenciación del ADN.
Los ADNc de la proteína de unión a
TGF-beta mutante son transferidos al vector de
expresión de mamífero pcDNA3.1 descrito en el Ejemplo 3. Después de
verificar la secuencia, los constructos resultantes son
transfectados en células COS-1, y la proteína
secretada es purificada como se describe en el Ejemplo 3.
\vskip1.000000\baselineskip
El clon BAC de \sim200 kilobases (kb) 15G5,
aislado dla genoteca deADN genómico de ratón CTIB (distribuido por
Research Genetics, Huntsville, AL) fue utilizado para determinar la
secuencia completa del gen Beer de ratón y sus regiones limítrofes
5' y 3'. Un fragmento SalI de 41 kb, conteniendo el cuerpo del gen
completo, más \sim17 kb de la secuencia limítrofe 5' y \sim20 kb
de la secuencia limítrofe 3' fue subclonado en el sitio BamHI del
vector cosmídico SuperCos1 (Stratagene, La Jolla, CA) y propagado en
la cepa DH101B de E. coli. De este constructo cosmídico, un
fragmento de restricción MluI-AvlII de 35 kb
(Secuencia Núm. 6), incluyendo el gen Beer de ratón completo, así
como la secuencia limítrofe de 17 kb y de 14 kb 5' y 3',
respectivamente, fue purificado después en gel, utilizando medios
convencionales, y utilizado para la microinyección en zigotos de
ratón (DNX Transgenics; Patente de los Estados Unidos Núm.
4.873.191). Los animales fundadores en los que el fragmento de ADN
clonado había sido integrado al azar en el genoma fueron obtenidos a
una frecuencia del 5-30% de las crías que nacen
vivas. La presencia del transgen fue determinada realizando el
análisis de transferencia Southern del ADN genómico extraído de una
pequeña cantidad de tejido de ratón, tal como la punta de una cola.
El ADN fue extraído utilizando el siguiente protocolo: el tejido fue
digerido durante la noche a 55ºC en tampón de lisis conteniendo NaCl
200 mM, Tris 100 mM pH 8,5, EDTA 5 mM, SDS al 0,2% y 0,5 mg/ml de
Proteinasa K. Al día siguiente, el ADN fue extraído una vez con
fenol/cloroformo (50:50), una vez con cloroformo/alcohol isoamílico
(24:1) y precipitado con etanol. Tras la
re-suspensión en TE (Tris 10 mM pH 7,5, EDTA 1,5
mM), 8-10 \mug de cada muestra de ADN fueron
digeridos con una endonucleasa de restricción, tal como EcoRI,
sometidos a electroforesis en gel y transferidos a una membrana de
nailon cargada, tal como HybondN+ (Amersham, Arlington Heigths,
IL). El filtro resultante fue hibridado después con un fragmento
marcado radiactivamente de ADN derivado del locus del gen
Beer de ratón, y susceptible de reconocer tanto un fragmento
del locus del gen endógeno como un fragmento de un tamaño diferente
derivado del transgen. Los animales fundadores fueron criados hasta
ratones no transgénicos normales para generar un número suficiente
de progenie transgénica y no transgénica en la cual determinar los
efectos de la sobre-expresión del gen Beer.
Para estos estudios, animales de diversas edades (por ejemplo, 1,
día, 3 semanas, 6 semanas,4 meses) son sometidos a numerosos
análisis diferentes diseñados para averiguar la formación
esquelética grosera, la densidad mineral del hueso, el contenido
mineral del hueso, la actividad de osteoclastos y osteoblastos, el
grado de osificación endocondral, la formación de cartílago, etc. La
actividad transcripcional del transgen puede ser determinada
extrayendo el ARN de diversos tejidos, y utilizando un análisis de
RT-PCR que obtenga ventaja de los polimorfismos de
nucleótidos individuales entre la cepa de ratón de la cual deriva el
transgen (129Sv/J) y la cepa de ratones utilizada para la
microinyección de ADN [(C57BL5/J x SJL/J)F2].
La recombinación homóloga en células madre (ES)
embriónicas puede ser utilizada para inactivar el gen Beer endógeno
de ratón y generar con posterioridad animales que porten la mutación
con pérdida de función. Un gen informador, tal como el gen de la
\beta-galactosidasa de E. coli, fue diseñado en el
vector de redireccionamiento de manera que su expresión estuviera
controlada por el promotor del gen Beer endógeno y la señal
de iniciación de la traducción. De este modo, los patrones
espaciales y temporales de la expresión del gen Beer pueden ser
determinados en animales que portan un alelo redireccionado.
El vector redireccionado fue construido clonando
primero la casete del gen resistente a la neomicina
(neo) dirigido por el promotor de la fosfoglicerato quinasa
(PGK) seleccionable por fármaco de pGT-N29 (New
England Biolabs, Beverly, MA) en el vector de clonación pSP72
(Promega, Madson, WI). Se utilizó la PCR para flanquear la casete
PGKneo con sitios P1 1oxP de bacteriófago, que son los sitios de
reconocimiento para la recombinasa P1 Cre (Hoess y col., PNAS USA,
79:3398,1982). Esto permite la posterior eliminación del marcador de
resistencia a neo en las células ES redireccionadas en animales
derivados con células ES (Patente de los Estados Unidos 4.959.317).
Los cebadores de la PCR estaban comprendidos por una secuencia de 34
nucleótidos (ntd) loxP, 15-25 ntd complementarios a
los extremos 5' y 3' de la casete PGKneo, así como sitios para el
reconocimiento por la enzima de restricción (BamHI en el cebador
efector y EcoRI en el cebador anti-sentido) para la
clonación en pSP72. La secuencia del cebador efector era
5'-AATCTGGATCCATAACTTCGTATAGCATACATTATACGAAGTTATCTG
CAGGA TTCGAGGGGCCCCT-3' (SEC ID NO: 34); la secuencia del cebador anti-sentido era 5'-AATCTGAATTC
CACCGGTGTTAATTAAATAACTTCGTATAATGTATGCTATACGAAGTTATAGATCTAGAG TCAGCTTCTGA-3' (SEC ID NO: 35).
CAGGA TTCGAGGGGCCCCT-3' (SEC ID NO: 34); la secuencia del cebador anti-sentido era 5'-AATCTGAATTC
CACCGGTGTTAATTAAATAACTTCGTATAATGTATGCTATACGAAGTTATAGATCTAGAG TCAGCTTCTGA-3' (SEC ID NO: 35).
La siguiente etapa fue clonar un fragmento de
XhoI-HindIII de 3,6 kb, conteniendo el gen de la
\beta-galactosidasa de E. coli y la señal de
poliadenilación de SV40 de pSV\beta (Clontech, Palo Alto, CA) en
el plásmido pSP72-PGKneo. El "brazo corto" de
la homología del locus del gen Beer de ratón fue generado
amplificando un fragmento del clon BAC 15G5. El extremo 3' del
fragmento coincidía con el sitio de inicio de la traducción del gen
Beer, y el cebador anti-sentido utilizado en la PCR
también incluía 30 ntd complementarios al extremo 5' del gen de la
\beta-galatosidasa de manera que su región
codificadora pudiera ser fusionada con el sitio de iniciación de
Beer en marco. El enfoque escogido para introducir el "brazo
corto" en el plásmido
pSP72-\betagal-PGKneo fue
linealizar el plásmido en un sitio aguas arriba del gen
\beta-gal y después co-transformar
este fragmento con el producto de la PCR del "brazo corto" y
seleccionar los plásmidos en los cuales estaba integrado el producto
de la PCR mediante recombinación homóloga. El cebador efector para
la amplificación del "brazo corto" incluía 30 ntd
complementarios al vector pSP72 para permitir este evento de
recombinación. La secuencia del cebador efector era
5'-ATTTAGGTGACACTATAGAACTCGA
GCAGCTGAAGCTTAACCACATGGTGGCTCACAACCAT-3' (SEC ID NO: 36) y la secuencia del cebador anti-sentido era 5'-AACGACGGCCAGTGAATCCGTA ATCATGGTCATGCTGCCAGGTGGAGGAGGGCA-3' (SEC
ID NO: 37).
GCAGCTGAAGCTTAACCACATGGTGGCTCACAACCAT-3' (SEC ID NO: 36) y la secuencia del cebador anti-sentido era 5'-AACGACGGCCAGTGAATCCGTA ATCATGGTCATGCTGCCAGGTGGAGGAGGGCA-3' (SEC
ID NO: 37).
El "brazo largo" del locus del gen Beer fue
generado amplificando un fragmento de 6,1 kb del clon BAC 15G5 con
cebadores que también introducían los sitios para las enzimas de
restricción de corte poco común ("rare-cutting") SgrAI,
FseI, AscI y PacI. Específicamente, la secuencia del cebador efector
era 5'-ATTACCACCGGTGA
CACCC GCTTCCTGACAG-3' (SEC ID NO: 38); la secuencia del cebador efector era 5'-ATTACTTAATTAAA
CATGGCGCGCCATATGGCC GGCCCCTAATTGCGGCGCATCGTTAATT-3' (SEC ID NO: 39). El producto de la PCR resultante fue clonado en el vector TA (Invitrogen, Carlsbad, CA) como una etapa intermedia.
CACCC GCTTCCTGACAG-3' (SEC ID NO: 38); la secuencia del cebador efector era 5'-ATTACTTAATTAAA
CATGGCGCGCCATATGGCC GGCCCCTAATTGCGGCGCATCGTTAATT-3' (SEC ID NO: 39). El producto de la PCR resultante fue clonado en el vector TA (Invitrogen, Carlsbad, CA) como una etapa intermedia.
El constructo dirigible al gen Beer de ratón
también incluía un segundo marcador seleccionable, el gen de la
timidina quinasa del virus herpes simplex 1 (HSVTK) bajo el
control del elemento de la larga repetición terminal del virus del
sarcoma de Rous (RSV LTR). La expresión de este gen vuelve las
células de mamífero sensibles (e inviables) al ganciclovir, es por
lo tanto un modo conveniente de seleccionar frente a células
resistentes a la neomicina en las cuales ha sido integrado el
constructo mediante un evento no homólogo (Patente de los Estados
Unidos 5.464.764). La casete RSVLTR-HSVTK fue
amplificada de pSP1337 utilizando los cebadores que permiten la
posterior clonación en los sitios FseI y AscI del "brazo
largo"-plásmido vector TA. Para esta PCR, la secuencia del
cebador efector era
5'-ATTACGGCCGGCCGCAAAGG AATTCAAGA TCTGA-3' (SEC ID NO: 40); la secuencia del cebador antisentido era 5'-ATTACGGCGCGCCCCTCACAGGCCGCACCC AGCT-3' (SEC ID NO: 41).
5'-ATTACGGCCGGCCGCAAAGG AATTCAAGA TCTGA-3' (SEC ID NO: 40); la secuencia del cebador antisentido era 5'-ATTACGGCGCGCCCCTCACAGGCCGCACCC AGCT-3' (SEC ID NO: 41).
La etapa final en la construcción del vector
redireccionado implicaba la clonación del fragmento
SgrI-AscI de 8,8 kb que contenía el "brazo
largo" y el gen RSVLTR-HSVTK en los sitios SgrAI
y AscI del plásmido pSP72-"brazo
corto"-\betagal-PGK neo. Este vector
redireccionado fue linealizado mediante digestión o bien con AscI o
PacI antes de la electroporación en células ES.
\vskip1.000000\baselineskip
Se preparan oligonucleótidos antisentido de 17
nucleótidos en un formato solapante, de tal manera que el extremo 5'
del primer oligonucleótido se solape con el AUG de inicio de la
traducción del transcrito Beer, y los extremos 5' de los sucesivos
oligonucleótidos se produzcan en incrementos de 5 nucleótidos
moviéndose en dirección 5' (hasta 50 nucleótidos más allá), en
relación con el AUG de Beer. Se diseñan los correspondientes
oligonucleótidos de control y se preparan utilizando composiciones
de bases equivalentes pero redistribuidas en la secuencia para
inhibir cualquier hibridación significativa para el ARNm
codificador. La liberación del reactivo para el sistema de ensayo
celular se lleva a cabo a través de un reparto de lípidos catiónicos
(P.L. Felgner, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84:7413, 1987). Se
añaden 2 \mug de oligonucleótido antisentido a 100 \mul de medio
con el suero reducido (medio con suero reducido
Opti-MEM 1; Life Technologies Gaithersburg MD) y
este se mezcla con reactivo Lipofectin (6 \mul) (Life
Technologies, Gaithersburg MD) en los 100 \mul de medio con suero
reducido. Estos se mezclan, se permite que formen complejos durante
30 minutos a la temperatura ambiente y la mezcla se añade a células
MC3T3E21 o KS483 sembradas previamente. Estas células se cultivan y
el ARNm se recupera. El ARNm de Beer se controla utilizando
RT-PCR junto con cebadores específicos de Beer.
Además, se recogen los pocillos experimentales separados y los
niveles de proteína se caracterizan por medio de métodos de
transferencia western descritos en el Ejemplo 4. Las células son
cosechadas, resuspendidas en tampón de lisis (Tris 50 mM pH 7,5,
NaCl 20 mM, EDTA 1 mM, SDS al 1%) y la proteína soluble se recoge.
Este material se aplica a SDS PAGE en un gradiente desnaturalizante
al 10=20). Las proteínas separadas son transferidas a nitrocelulosa
y la transferencia western es realizada como antes utilizando los
reactivos anticuerpo descritos. Paralelamente, se añaden los
oligonucleótidos de control a cultivos idénticos y se repiten las
condiciones experimentales. El descenso en los niveles de ARNm o
proteína Beer se considera significativo si el tratamiento con el
oligonucleótido antisentido da como resultado un cambio del 50% en
cualquier caso comparado con el oligonucleótido con las mismas bases
orientadas de manera azarosa ("scrambled") de control. Esta
metodología permite la inactivación selectiva del gen y la posterior
caracterización del fenotipo de los nódulos mineralizados en el
modelo de cultivo de tejidos.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Secuencia pasa a página
siguiente)
\newpage
SEQ ID NO. 1: ADNc de BEER Humano (región
codificadora completa más UTR 5' y 3')
SEQ ID NO. 2: Proteína BEER Humana (secuencia
completa)
SEQ ID NO. 3: Proteína BEER Humana conteniendo
mutación terminadora de Esclerosteosis
SEQ ID NO. 4: Proteína BEER Humana Truncada de
Esclerosteosis
\vskip1.000000\baselineskip
- MQLFLALCLVCLLVHTAFRWEG*
\newpage
SEQ ID NO. 5: ADNc de BEER Humano que codifica
la Variante de la Proteína (V10I)
SEQ ID NO. 6: Variante de la Proteína BEER
Humana (V10I)
\newpage
SEQ ID NO. 7: ADNc Beer Humano que codifica la
Proteína Variante (P38R)
SEQ ID NO. 8: Variante de la Proteína BEER
Humana (P38R)
\newpage
SEQ ID NO. 9: ADNc de BEER de Vervet (región
codificadora completa)
SEQ ID NO. 10: Proteína BEER de Vervet
(secuencia codificadora completa)
SEQ ID NO. 11: ADNc de BEER de Ratón (región
codificadora completa)
SEQ ID NO. 12: Proteína BEER de Ratón (secuencia
completa)
\newpage
SEQ ID NO. 13: ADNc de BEER de Rata (región
codificadora completa más UTR 5')
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
SEQ ID NO. 14: Proteína BEER de Rata (secuencia
completa)
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
SEQ ID NO. 15: ADNc de BEER Bovina (región
codificadora parcial)
\vskip1.000000\baselineskip
SEQ ID NO. 16: Proteína BEER Bovina (secuencia
parcial - - secuencia señal perdida y últimos 6 restos)
\newpage
SEQ ID NO. 17: Fragmento de Restricción
MliI-AvlII utilizado para elaborar transgen de Beer
de ratón
SEQ ID NO. 18: Secuencia Genómica de BEER Humana
(Este gen tiene dos exones, en las posiciones
161-427 7 3186-5219)
<110> Brunkow, Mary E.
\hskip1cm Galas, David J.
\hskip1cm Kovacevich, Brian
\hskip1cm Mulligan, John T.
\hskip1cm Paeper, Bryan W.
\hskip1cm Van Ness, Jeffrey
\hskip1cm Winkler, David G.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<120> COMPOSICIONES Y MÉTODOS PARA
INCREMENTAR LA MINERALIZACIÓN ÓSEA
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<130> 240083.508
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<140> US
\vskip0.400000\baselineskip
<141>
1999-11-24
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<160> 41
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<170> FastSEQ para Windows Versión
3.0
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 1
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 2301
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Homo sapien
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 1
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 2
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 213
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Homo sapien
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 2
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 2
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 2301
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Homo sapien
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 3
\hskip0,8cm47
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 4
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 23
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Homo sapien
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 4
\vskip1.000000\baselineskip
\sa{Met Gln Leu Pro Leu Ala Leu Cys Leu Val Cys
Leu Leu Val His Thr}
\sac{Ala Phe Arg Val Val Glu Gly}
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 5
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 2301
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Homo sapien
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 5
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 6
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 213
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Homo sapien
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 6
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 2301
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Homo sapien
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 7
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 8
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 213
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<212> PRT
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<213> Homo sapien
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<400> 8
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<210> 9
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<211> 642
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<212> ADN
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<213> Cercopithecus
pygerythrus
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<400> 9
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<210> 10
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<211> 213
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<212> PRT
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<213> Cercopithecus
pygerythrus
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<400> 10
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<210> 11
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<211> 638
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<212> ADN
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<213> Mus musculus
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<211> 211
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<212> PRT
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<213> Mus musculus
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<210> 13
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<211> 674
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<212> ADN
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<213> Rattus norvegicus
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<400> 13
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<210> 14
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<211> 213
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<212> PRT
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<213> Rattus norvegicus
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<400> 14
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<210> 15
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<211> 2301
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<212> ADN
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<213> Homo sapien
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<400> 15
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<211> 176
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<212> PRT
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<213> Bos torus
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<210> 17
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<211> 35828
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<212> ADN
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<213> Mus musculus
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<220>
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<221> rasgos_misc
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<222> (1)...(35828)
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<223> n=A,T,C o G
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<400> 17
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<210> 18
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<211> 9301
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<212> ADN
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<213> Homo sapien
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<400> 18
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<210> 19
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<211> 21
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<212> ADN
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
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<223> Cebador para PCR
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<400> 19
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<211> 19
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<212> ADN
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
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<223> Cebador para PCR
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<212> ADN
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<400> 21
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<210> 22
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<211> 21
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<212> ADN
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<223> Cebador para PCR
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<212> ADN
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<223> Cebador para PCR
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<400> 23
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\hfill25
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<211> 50
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<212> ADN
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador para PCR
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<400> 24
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<211> 19
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<212> ADN
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
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<223> Cebador para PCR
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<400> 25
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\hfill19
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<211> 39
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<212> ADN
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador para PCR
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<400> 26
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<212> ADN
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<220>
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<223> Cebador para PCR
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<211> 29
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<212> ADN
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
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<223> Cebador para PCR
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<400> 28
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\hfill29
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 29
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 29
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<212> ADN
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador para PCR
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<400> 29
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\vskip0.400000\baselineskip
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\hfill29
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 30
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 29
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<212> ADN
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
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<223> Cebador para PCR
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<400> 30
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<211> 29
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<212> ADN
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\hfill29
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\vskip0.400000\baselineskip
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<212> ADN
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<213> Secuencia Artificial
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<223> Cebador para PCR
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<400> 32
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\hskip-.1em\dddseqskipactacgagct cggccccacc acccatcaac aag
\hfill33
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<212> ADN
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<213> Secuencia Artificial
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\hfill34
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<210> 34
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<211> 66
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<212> ADN
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<211> 82
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<212> ADN
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
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<211> 62
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador para PCR
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<400> 36
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\vskip1.000000\baselineskip
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<210> 37
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 54
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<212> ADN
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<213> Secuencia Artificial
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador para PCR
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<400> 37
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\hfill54
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<210> 38
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<211> 31
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<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia Artificial
\vskip1.000000\baselineskip
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador para PCR
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 38
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskipataccaccg gtgacacccg cttcctgaca g
\hfill31
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 39
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 61
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia Artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador para PCR
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<400> 39
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\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
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\vskip0.400000\baselineskip
<211> 34
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia Artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador para PCR
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<400> 40
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskipattacggccg gccgcaaagg aattcaagat ctga
\hfill34
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 41
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 34
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia Artificial
\vskip1.000000\baselineskip
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador para PCR
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 41
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskipattacggcgc gcccctcaca ggccgcaccc agct
\hfill34
Claims (99)
1. Una molécula de ácido nucleico aislada
seleccionada del grupo formado por:
- (a)
- una molécula de ácido nucleico aislada que comprende el SEQ ID NO. 1, 5, 9, 11, 13 o 15, o una secuencia complementaria de la misma;
- (b)
- una molécula de ácido nucleico aislada que hibrida específicamente con la molécula de ácido nucleico de (a) en condiciones altamente restrictivas donde la hibridación se realiza en 5 x SSPE, 5 x solución de Denhardt y SDS al 0,5% durante la noche de 55 a 60ºC; y
- (c)
- un ácido nucleico aislado que codifica una proteína de unión al TGF-beta según (a) y (b);
donde el ácido nucleico no es el
ácido nucleico de cualquiera de los números de acceso AC003098,
AA393939 y AI113131 de la base de datos
EMBL.
2. La molécula de ácido nucleico aislada según
la reivindicación 1, donde dicha molécula de ácido nucleico codifica
una proteína que comprende la proteína del SEQ ID NO. 2.
3. La molécula de ácido nucleico aislada según
la reivindicación 1, donde dicha molécula de ácido nucleico codifica
una proteína que comprende la proteína del SEQ ID NO. 6.
4. La molécula de ácido nucleico aislada según
la reivindicación 1, donde dicha molécula de ácido nucleico codifica
una proteína que comprende la proteína del SEQ ID NO. 10.
5. La molécula de ácido nucleico aislada según
la reivindicación 1, donde dicha molécula de ácido nucleico codifica
una proteína que comprende la proteína del SEQ ID NO. 12.
6. La molécula de ácido nucleico aislada según
la reivindicación 1, donde dicha molécula de ácido nucleico codifica
una proteína que comprende la proteína del SEQ ID NO. 14.
7. La molécula de ácido nucleico aislada según
la reivindicación 1, donde dicha molécula de ácido nucleico codifica
una proteína que comprende la proteína del SEQ ID NO. 16.
8. Un vector de expresión, que comprende un
promotor conectado operablemente a una molécula de ácido nucleico
que codifica una proteína de unión a TGF-beta, donde
la molécula de ácido nucleico se selecciona del grupo formado
por:
- (a)
- una molécula de ácido nucleico que comprende el SEQ ID NO: 1, 5, 9, 11, 13, o 15; y
- (b)
- una molécula de ácido nucleico que hibrida específicamente con el complemento de la molécula de ácido nucleico de (a) en condiciones altamente restrictivas, donde la hibridación se realiza en 5x SSPE, 5 x solución de Denhardt y SDS al 0,5% durante la noche de 55 a 60ºC.
9. El vector de expresión según la
reivindicación 8, donde dicho promotor se selecciona del grupo
formado por el promotor I-E de CMV, el promotor
temprano de SV40 y la LTR de MuLV.
10. El vector de expresión según la
reivindicación 8, donde dicho promotor es un promotor específico de
un tejido.
11. El vector de expresión de una cualquiera de
las reivindicaciones 8 a 10, donde la molécula de ácido nucleico
codifica una proteína que comprende la proteína del SEQ ID NO. 2, 6,
10, 12, 14 o 16.
12. Un método de producción de una proteína de
unión a TGF-beta, que comprende cultivar una célula
que contiene un vector según una cualquiera de las reivindicaciones
8 a 11 en las condiciones y el tiempo suficiente para producir dicha
proteína.
13. El método según la reivindicación 12, que
comprende adicionalmente la etapa de purificar dicha proteína.
14. Un vector viral capaz de dirigir la
expresión de una molécula de ácido nucleico que codifica una
proteína de unión a TGF-beta, donde la molécula de
ácido nucleico se selecciona del grupo formado por:
- (a)
- una molécula de ácido nucleico que comprende el SEQ ID NO: 1, 5, 9, 11, 13, o 15; y
- (b)
- una molécula de ácido nucleico que hibrida específicamente con el complemento de la molécula de ácido nucleico de (a) en condiciones altamente restrictivas, donde la hibridación se realiza en 5x SSPE, 5 x solución de Denhardt y SDS al 0,5% durante la noche de 55 a 60ºC.
15. El vector viral según la reivindicación 14,
donde dicho vector se selecciona del grupo formado por los vectores
virales del herpes simplex, los vectores adenovirales, los vectores
virales asociados con adenovirus y los vectores retrovirales.
16. El vector de expresión viral de la
reivindicación 14 o 15, donde la molécula de ácido nucleico codifica
una proteína que comprende la proteína del SEQ ID NO. 2, 6, 10, 12,
14 o 16.
17. Una célula huésped que porta un vector según
una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11 y 14 a 16.
18. La célula huésped según la reivindicación
17, donde dicha célula se selecciona del grupo formado por una
célula humana, una célula de perro, una célula de mono, una célula
de rata y una célula de ratón.
19. Una proteína aislada, que comprende una
proteína de unión a TGF-beta codificada por un ácido
nucleico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
20. Un anticuerpo o fragmento del mismo, donde
el anticuerpo o fragmento se une a una proteína de unión a
TGF-beta codificada por un ácido nucleico
seleccionado del grupo formado por:
- (a)
- una molécula de ácido nucleico que comprende el SEQ ID NO: 1, 5, 9, 11, 13, o 15; y
- (b)
- una molécula de ácido nucleico que hibrida específicamente con el complemento de la molécula de ácido nucleico de (a) en condiciones altamente restrictivas, donde la hibridación se realiza en 5x SSPE, 5 x solución de Denhardt y SDS al 0,5% durante la noche de 55 a 60ºC;
donde el anticuerpo no se une a la
proteína Dan o la proteína
Gremlin.
21. El anticuerpo o fragmento de la
reivindicación 20, donde el anticuerpo o fragmento se une a una
proteína que comprende la proteína del SEQ ID NO. 2, 6, 10, 12 o
14.
22. El anticuerpo o fragmento según la
reivindicación 20 o 21, donde dicho anticuerpo o fragmento es un
anticuerpo monoclonal.
23. El anticuerpo o fragmento según la
reivindicación 22, donde dicho anticuerpo monoclonal o fragmento es
un anticuerpo o fragmento de ratón o humano.
24. El fragmento de anticuerpo según una
cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23, donde dicho fragmento se
selecciona del grupo formado por F(ab')_{2},
F(ab)_{2}, Fab', Fab y Fv.
25. El anticuerpo o fragmento según una
cualquiera de las reivindicaciones 20 a 24 que está humanizado.
26. El anticuerpo según la reivindicación 20 o
21 que es un anticuerpo policlonal.
27. El anticuerpo o fragmento de una cualquiera
de las reivindicaciones 20 a 26, donde el anticuerpo o fragmento se
une a la proteína de unión a TGF-beta con una Ka
mayor o igual a 10^{7}M^{-1}.
28. El anticuerpo o fragmento de la
reivindicación 27 que tiene una Ka mayor o igual a
10^{8}M^{-1}.
29. Un método para producir un hibridoma que
produce anticuerpos monoclonales contra una proteína de unión a
TGF-beta que comprende:
- (i)
- inmunizar un roedor con una proteína de unión a TGF-beta como se define en la reivindicación 19 o una porción de semejante proteína;
- (ii)
- sacrificar el roedor y cosechar los nódulos de bazo y/o linfáticos del animal; y
- (iii)
- fusionar las suspensiones de células de nódulos de bazo o linfáticos con células de mieloma para generar hibridomas.
30. El método de la reivindicación 29, donde el
método comprende adicionalmente rastrear los hibridomas para
identificar los hibridomas que pueden producir anticuerpos contra la
proteína de unión a TGF-beta.
31. El método según la reivindicación 29 o 30,
donde el roedor es una rata o ratón.
32. El método de la reivindicación 31, donde el
ratón ha sido diseñado para producir anticuerpos humanos.
33. Una célula que produce un anticuerpo o
fragmento según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 28.
34. Una célula según la reivindicación 33 que es
un hibridoma.
35. Un método para producir un anticuerpo
monoclonal o un fragmento de anticuerpo contra una proteína de unión
a TGF-beta que se define como en la reivindicación
22 que comprende aislar y purificar el anticuerpo o fragmento de un
hibridoma como se define en la reivindicación 34 o manipular y
re-expresar el ADN que codifica las regiones
variables.
36. Una proteína de fusión que comprende un
primer segmento polipeptídico que comprende una proteína de unión a
TGF-beta o una porción de la misma de al menos 10
aminoácidos de longitud y un segundo segmento polipeptídico que
comprende una proteína no de unión a TGF-beta, donde
la proteína de unión a TGF-beta del primer segmento
polipeptídico está codificada por una molécula de ácido nucleico
seleccionada del grupo formado por:
- (a)
- una molécula de ácido nucleico que comprende el SEQ ID NO: 1, 5, 9, 11, 13, o 15; y
- (b)
- una molécula de ácido nucleico que hibrida específicamente con el complemento de la molécula de ácido nucleico de (a) en condiciones altamente restrictivas, donde la hibridación se realiza en 5x SSPE, 5 x solución de Denhardt y SDS al 0,5% durante la noche de 55 a 60ºC;
37. La proteína de fusión de la reivindicación
36, donde la proteína de unión a TGF-beta comprende
la proteína del SEQ ID NO. 2, 6, 10, 12, 14 o 16.
38. La proteína de fusión según la
reivindicación 36 o 37, donde dicho primer segmento polipeptídico
tiene una longitud de al menos 20 aminoácidos.
39. La proteína de fusión según la
reivindicación 38, donde dicho segmento polipeptídico tiene una
longitud de al menos 50 aminoácidos.
40. La proteína de fusión según una cualquiera
de las reivindicaciones 36 a 39, donde dicho segundo polipéptido
comprende múltiples restos aminoácido aniónicos.
41. Un oligonucleótido aislado que hibrida con
una molécula de ácido nucleico según el SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9,
11, 13 o 15, o su complemento, en condiciones muy restrictivas y que
no es el ácido nucleico de cualquiera de los números de acceso
AC003098, AA393939 y AI113131 de la base de datos EMBL, donde la
hibridación se realiza en 5 x SSPE, 5 x solución de Denhardt y SDS
al 0,5% durante la noche de 55ºC a 60ºC.
42. Un oligonucleótido aislado según la
reivindicación 41, donde dicho oligonucleótido tiene una longitud de
al menos 20 nucleótidos.
43. El oligonucleótido aislado según la
reivindicación 42, donde dicho oligonucleótido tiene una longitud de
al menos 30 nucleótidos.
44. El oligonucleótido aislado según la
reivindicación 43, donde dicho oligonucleótido tiene una longitud de
al menos 50 nucleótidos.
45. El oligonucleótido aislado según la
reivindicación 44, donde dicho oligonucleótido tiene una longitud de
entre 50 y 100 nucleótidos.
46. Un par de cebadores que es uno de los
siguientes pares de cebadores:
- (i)
- los cebadores de las SEC ID NOS. 19 y 20;
- (ii)
- los cebadores de las SEC ID NOS. 23 y 24;
- (iii)
- los cebadores de las SEC ID NOS. 26 y 27; y
- (iv)
- los cebadores de las SEC ID NOS. 28 y 29.
47. Una ribozima que escinde el ARN que codifica
una proteína según la reivindicación 19, donde la ribozima comprende
secuencias anti-sentido para reconocer el ARN que va
a ser escindido y una actividad enzimática de escisión de ARN.
48. La ribozima según la reivindicación 47,
donde dicha proteína comprende la proteína del SEQ ID NO. 2, 6, 10,
12, 14 o 16.
49. La ribozima según la reivindicación 47 o 48,
donde dicha ribozima está compuesta por ácidos ribonucleicos.
50. La ribozima según la reivindicación 49,
donde uno o más de dichos ácidos ribonucleicos son ácidos
2'-O-metilrribonucleicos.
\newpage
51. La ribozima según la reivindicación 47 o 48,
donde dicha ribozima está compuesta por una mezcla de ácidos
desoxirribonucleicos y ácidos ribonucleicos.
52. La ribozima según la reivindicación 47 o 48,
donde dicha ribozima está compuesta por ácidos nucleicos que tienen
enlaces fosfotioato.
53. Una molécula de ácido nucleico que comprende
una secuencia de ácido nucleico que codifica una ribozima según la
reivindicación 47.
54. La molécula de ácido nucleico de la
reivindicación 53, donde el ácido nucleico es ADN o ADNc.
55. La molécula de ácido nucleico de la
reivindicación 53 o 54, bajo el control de un promotor para
transcribir el ácido nucleico.
56. Una célula huésped que comprende la ribozima
de una cualquiera de las reivindicaciones 47 a 52.
57. Un vector, que comprende la molécula de
ácido nucleico de una cualquiera de las reivindicaciones 53 a
55.
58. El vector de la reivindicación 57, donde el
vector es un plásmido, un virus, un retrotransposón o un
cósmido.
59. El vector de a reivindicación 58, donde
dicho virus se selecciona del grupo formado por retrovirus,
adenovirus y virus adeno-asociados.
60. Una célula huésped que contiene el vector
según una cualquiera de las reivindicaciones 57 a 59.
61. La célula huésped según la reivindicación
60, donde dicha célula huésped es transformada establemente con
dicho vector.
62. La célula huésped según la reivindicación 60
o 61, donde la célula huésped es una célula humana.
63. Un método para producir una ribozima in
vitro que comprende proporcionar ADN que codifica la ribozima
según la reivindicación 47, bajo el control transcripcional de un
promotor y transcribir el ADN para producir la ribozima.
64. El método de la reivindicación 63 que
comprende adicionalmente purificar la ribozima.
65. Una ribozima según una cualquiera de las
reivindicaciones 47 a 52 o un anticuerpo o fragmento de anticuerpo
según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 28, para su uso en
un método para incrementar la mineralización ósea en un animal de
sangre caliente.
66. El uso de una ribozima según una cualquiera
de las reivindicaciones 47 a 52 o un anticuerpo o fragmento de
anticuerpo según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 28 en
la fabricación de un medicamento para incrementar la mineralización
ósea en un animal de sangre caliente.
67. El uso según la reivindicación 66, donde el
animal de sangre caliente tiene osteopenia.
68. El uso según la reivindicación 66, donde la
osteopenia está causada por un estado anémico, esteroides, heparina,
un trastorno de la médula ósea, escorbuto, malnutrición, deficiencia
en calcio, osteoporosis idiopática, osteopenia y osteoporosis
congénita, alcoholismo, enfermedad crónica del hígado, senectud,
estado post-menopáusico, oligomenorrea, amenorrea,
embarazo, diabetes melitus, hipertiroidismo, enfermedad de Cushing,
acromegalia, hipogonadismo, inmovilización o desuso, síndrome de
distrofia simpática refleja, osteoporosis regional transitoria u
osteomalacia.
69. El uso según la reivindicación 66, donde el
animal tiene osteoporosis.
70. El uso según la reivindicación 66, donde el
animal tiene acondroplasia, disostosis cleidocraneal,
encondromatosis, displasia fibrosa, enfermedad de Gaucher,
raquitismo hipofosfatémico, enfermedad de Marfan, exotosis
hereditaria múltiple, neurofibromatosis, osteogénesis imperfecta,
osteopetrosis, osteopoikilosis lesiones escleróticas, fracturas,
enfermedad periodontal, pseudoartrosis u osteomielitis
pirogénica.
71. Una composición farmacéutica, que comprende
una ribozima según una cualquiera de las reivindicaciones 47 a 52 o
un anticuerpo o fragmento de anticuerpo según una cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 28 y un portador o diluyente farmacéuticamente
aceptable.
72. Un método para detectar una molécula de
ácido nucleico que codifica una proteína de unión a
TGF-beta, que comprende incubar un oligonucleótido
según una cualquiera de las reivindicaciones 41 a 45 en condiciones
muy restrictivas y detectar la hibridación de dicho
oligonucleótido.
73. El método según la reivindicación 72, donde
dicho oligonucleótido está marcado.
74. El método según la reivindicación 72 o 73,
donde dicho oligonucleótido está unido a un soporte sólido.
75. Un método para detectar una proteína de
unión a TGF-beta, que comprende incubar un
anticuerpo o fragmento de anticuerpo según una cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 28 en condiciones y durante un tiempo
suficiente para permitir que dicho anticuerpo o fragmento se una a
una proteína de unión a TGF-beta, y detectar dicha
unión.
76. El método según la reivindicación 75, donde
dicho anticuerpo está unido a un soporte sólido.
77. El método según la reivindicación 75 o 76,
donde dicho anticuerpo está marcado.
78. El método según la reivindicación 77, donde
dicho anticuerpo está marcado con un marcador seleccionado del grupo
formado por enzimas, proteínas fluorescentes y radioisótopos.
79. Un animal transgénico cuyas células
germinales y células somáticas contienen una molécula de ácido
nucleico que codifica una proteína de unión a
TGF-beta, donde la molécula de ácido nucleico se
selecciona del grupo formado por:
- (a)
- una molécula de ácido nucleico que comprende el SEQ ID NO: 1, 5, 9, 11, 13, o 15; y
- (b)
- una molécula de ácido nucleico que hibrida específicamente con el complemento de la molécula de ácido nucleico de (a) en condiciones altamente restrictivas, donde la hibridación se realiza en 5x SSPE, 5 x solución de Denhardt y SDS al 0,5% durante la noche de 55 a 60ºC;
donde la molécula de ácido nucleico
está conectada operablemente a un promotor eficaz para la expresión
de dicho gen, siendo introducido dicho gen en dicho animal, o un
ancestro de dicho animal, en una fase embrionaria, con la condición
de que dicho animal no sea
humano.
80. El animal transgénico según la
reivindicación 79, donde la proteína de unión a
TGF-beta es expresada a partir de un vector según
una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11.
81. Un animal transgénico según la
reivindicación 79 u 80, donde la proteína de unión a
TGF-beta comprende la proteína del SEQ ID NO. 2, 6,
10, 12, 14 o 16.
82. Un animal con un gen inactivado transgénico,
que comprende un animal cuyas células germinales y células somáticas
comprenden una desorganización de al menos un alelo de una molécula
de ácido nucleico endógena que codifica una proteína de unión a
TGF-beta, seleccionándose la molécula de ácido
nucleico endógena del grupo formado por:
- (a)
- una molécula de ácido nucleico que comprende el SEQ ID NO: 1, 5, 9, 11, 13, o 15; y
- (b)
- una molécula de ácido nucleico que hibrida específicamente con el complemento de la molécula de ácido nucleico de (a) en condiciones altamente restrictivas, donde la hibridación se realiza en 5x SSPE, 5 x solución de Denhardt y SDS al 0,5% durante la noche de 55 a 60ºC;
donde dicha desorganización evita
la transcripción del ARN mensajero de dicho alelo en comparación con
un animal sin dicha desorganización, con la condición de que dicho
animal no sea
humano.
83. El animal transgénico según la
reivindicación 82, donde dicha desorganización es una deleción,
sustitución o inserción de ácido nucleico.
84. El animal transgénico según una cualquiera
de las reivindicaciones 80 a 83, donde el animal se selecciona del
grupo formado por un ratón, una rata y un perro.
85. Un método para determinar si una molécula
candidato es capaz de incrementar el contenido mineral del hueso,
que comprende:
- (a)
- mezclar una o más molécula candidato con proteína de unión a TGF-beta codificada por una molécula de ácido nucleico y un miembro seleccionado de la familia de proteínas del TGF-beta donde el ácido nucleico se selecciona del grupo formado por formado por:
- (i)
- una molécula de ácido nucleico que comprende el SEQ ID NO. 1, 5, 9, 11, 13, o 15; y
- (ii)
- una molécula de ácido nucleico que hibrida específicamente con el complemento de la molécula de ácido nucleico de (a) en condiciones altamente restrictivas, donde la hibridación se realiza en 5x SSPE, 5 x solución de Denhardt y SDS al 0,5% durante la noche de 55 a 60ºC; y
- (b)
- determinar si la molécula candidato altera la señalización del miembro de la familia del TGF- beta, o altera la unión de la proteína de unión a TGF-beta al miembro de la familia del TGF- beta.
86. El método según la reivindicación 85, donde
dicho miembro de la familia de proteínas del
TGF-beta es BMP6.
87. Un método para determinar si una molécula
candidato es capaz de incrementar el contenido mineral del hueso,
que comprende: determinar si una molécula candidato inhibe la unión
de una proteína de unión a TGF-beta de la
reivindicación 19 al hueso, o un análogo del mismo.
88. El método según la reivindicación 87, donde
dicho análogo de hueso es la hidroxiapatita.
89. Un estuche para la detección de la expresión
génica de la proteína de unión a TGF-beta, que
comprende un recipiente que comprende una molécula de ácido
nucleico, donde dicha molécula de ácido nucleico se selecciona del
grupo formado por (a) una molécula de ácido nucleico que comprende
el SEQ ID NO. 1, 5, 9, 11, 13, o 15; (b) una molécula de ácido
nucleico que comprende el complemento de la secuencia de nucleótidos
de (a); y (c) una molécula de ácido nucleico que es un fragmento de
(a) o (b) de al menos 50 nucleótidos de longitud, donde el ácido
nucleico no es el ácido nucleico de cualquiera de los números de
acceso AC003098, AA393939 y AI113131 de la base de datos EMBL.
90. Un estuche para la detección de la proteína
de unión a TGF-beta, que comprende un recipiente que
comprende un anticuerpo según una cualquiera de las reivindicaciones
20 a 28.
91. Un oligonucleótido antisentido, que
comprende una molécula de ácido nucleico que hibrida con una
molécula de ácido nucleico según el SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13
o 15, o su complemento, y donde dicho oligonucleótido inhibe la
expresión de la proteína de unión a TGF-beta según
la reivindicación 19, donde el oligonucleótido antisentido no es el
ácido nucleico de cualquiera de los números de acceso AC003098,
AA393939 y AI113131 de la base de datos EMBL.
92. El oligonucleótido según la reivindicación
91, donde dicho oligonucleótido tiene una longitud de 15
nucleótidos.
93. El oligonucleótido según la reivindicación
92, donde dicho oligonucleótido tiene una longitud de 20
nucleótidos.
94. El oligonucleótido según la reivindicación
91, donde dicho oligonucleótido tiene una longitud de 50
nucleótidos.
95. El oligonucleótido según una cualquiera de
las reivindicaciones 91 a 94, donde dicho oligonucleótido consta de
uno o más análogos de ácido nucleico.
96. El oligonucleótido según una cualquiera de
las reivindicaciones 91 a 95, donde dicho oligonucleótido consta de
uno o más ácidos ribonucleicos.
97. El oligonucleótido según una cualquiera de
las reivindicaciones 91 a 95, donde dicho oligonucleótido consta de
uno o más ácidos desoxirribonucleicos.
98. El oligonucleótido según una cualquiera de
las reivindicaciones 91 a 95, donde dicha secuencia de
oligonucleótidos consta de uno o más enlaces covalentes
modificados.
99. El oligonucleótido según la reivindicación
98, donde dicho enlace covalente modificado se selecciona del grupo
formado por un enlace fosforotioato, un enlace fosfotriéster, un
enlace metilfosfonato, un enlace metilen(metilimino), un
enlace morfolino, un enlace amido, un enlace poliamido, un enlace
interazúcar alquílico de cadena corta, un enlace interazúcar
cicloalquílico, un enlace interazúcar heteroatómico de cadena corta
y un enlace interazúcar heterocíclico.
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