DE10337904A1 - Using apoptosis-inducing or stimulating agent for treating disease, particularly infections or tumors, acts by interaction with mitochondrial potassium channels - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung apoptoseinduzierender bzw. apoptosestimulierender Substanzen (AIS) zur Herstellung von Medikamenten bzw. Arzneimitteln für die prophylaktische oder kurative Behandlung von Erkrankungen des menschlichen odertierischen Köpers, bei denen eine insbesondere übermäßige Verminderung von Apoptose bzw. eine insbesondere übermäßige Erhöhung von Zellwachstum und/oder Zellteilung auftritt oder die hiermit in Zusammenhang stehen bzw. bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsichtigt ist, sowie ein entsprechendes Behandlungsverfahren.The The present invention relates to the use of apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substances (AIS) for the production of medicines or medicines for the prophylactic or curative treatment of diseases of the human or animal body, where a particular excessive reduction of apoptosis or a particular excessive increase in cell growth and / or Cell division occurs or related or in which a therapeutically targeted apoptosis of the respective Cells is intended, and a corresponding treatment method.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Induzierung bzw. Stimulation von Apoptose in Zellen, bei denen eine insbesondere übermäßige Verminderung von Apoptose und/oder eine insbesondere übermäßige Erhöhung von Zellwachstum und/oder Zellteilung auftritt oder die hiermit in Zusammenhang stehen oder bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsichtigt ist, durch Beeinflussung von mitochondrialen Kaliumkanälen der betreffenden Zellen mittels apoptoseinduzierender bzw. apoptosestimulierender Substanzen.Of Furthermore, the present invention relates to a method for inducing or stimulation of apoptosis in cells in which a particular excessive reduction of apoptosis and / or a particular excessive increase in cell growth and / or Cell division occurs or related or in which a therapeutically targeted apoptosis of the cells in question It is intended by influencing mitochondrial potassium channels affected cells by apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating Substances.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Auffindung bzw. Identifizierung apoptoseinduzierender bzw. apoptosestimulierender Substanzen, welche derart ausgewählt bzw. beschaffen sind, daß sie durch Wechselwirkung bzw. Interaktion mit mitochondrialen Kaliumkanälen der betreffenden Zellen eine Apoptose dieser Zellen induzieren bzw. stimulieren.Finally, concerns the present invention provides a method for finding or identifying apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substances which are selected or that they are by interaction or interaction with mitochondrial potassium channels of the relevant cells induce apoptosis of these cells or stimulate.
Apoptose, bisweilen auch als programmierter oder physiologischer Zelltod bezeichnet, ist ein im Organismus vorkommender natürlicher Vorgang und stellt eine genetisch fixierte Form des Zelltods dar, die durch bestimmte Umstände bzw. Faktoren aktiviert werden kann. Apoptotische Vorgänge ermöglichen in einem komplexen, multizellulären Organismus die kontrollierte Aufrechterhaltung und Regulation des Zellgleichgewichts, so daß diese Vorgänge in bezug auf die Entstehung und Erhaltung des Lebens von grundlegender Bedeutung sind. In diesem Zusammenhang ist als wichtiger Prozeß beispielswei se die Embryonalentwicklung zu nennen, in deren Zusammenhang für die weitere Entwicklung irrelevante Zellen oder Gewebestrukturen gezielt durch Apoptose eliminiert werden, wie es beispielsweise für die sogenannten Interdigitalfalten der Fall ist. Weiterhin ist die apoptotische Regulation des Immunsystems zu nennen, wobei insbesondere eine Kontrolle bestimmter Immunzellen stattfindet, um beispielsweise Abwehneaktionen dann zu unterbinden, wenn die entsprechenden Pathogene erfolgreich beseitigt worden sind. Das spezifische Absterben beispielsweise solcher Zellen, die eine virale Infektion aufweisen, ist eine weitere effektive immunregulatorische Maßnahme, die in Verbindung mit Apoptose steht. Aber auch geschädigte, entartete Zellen sterben durch gezielte apoptotische Prozesse, damit diese keinen manifesten Krebs ausbilden können. So bewirken beispielsweise cytotoxische T-Zellen die Aktivierung eines Apoptoseprogramms in Zellen mit veränderter HLA-Struktur (Humane Leukocyten Antigen-Struktur).apoptosis, sometimes also referred to as programmed or physiological cell death, is a natural process occurring in the organism and poses a genetically fixed form of cell death caused by certain circumstances or factors can be activated. Enable apoptotic processes in a complex, multicellular Organism the controlled maintenance and regulation of the Cell equilibrium, so that these operations in relation to the creation and preservation of life of fundamental Meaning are. In this context, as an important process beispielswei se Embryonic development, in connection with the other Development of irrelevant cells or tissue structures targeted Apoptosis can be eliminated, as for example for the so-called Interdigital folds is the case. Furthermore, the apoptotic Regulation of the immune system, in particular a control certain immune cells takes place, for example, Abwehneaktionen then stop if the corresponding pathogens succeed have been eliminated. The specific death, for example such cells having a viral infection is another effective immunoregulatory action associated with Apoptosis is. But also damaged, Degenerate cells die by targeted apoptotic processes, thus they can not develop a manifest cancer. For example cytotoxic T cells activate an apoptosis program in Cells with altered HLA structure (Humane Leukocyte antigen structure).
Allerdings funktioniert die natürliche Kontrolle der Apoptose nicht immer, so daß schwere Erkrankungen resultieren können, die beispielsweise in Zusammenhang mit einer erhöhten zellulären Apoptose stehen, wie neurodegenerative Erkrankungen, oder bei denen eine erniedrigte Apoptoserate vorliegt, wie es z. B. für Krebserkrankungen der Fall sein kann.Indeed the natural works Control of apoptosis not always, so that serious illnesses result can, which are associated, for example, with increased cellular apoptosis, such as neurodegenerative Diseases or in which there is a decreased rate of apoptosis, as it is z. For example Cancers may be the case.
In bezug auf die Erforschung pathologischer Apoptoseprozesse ist es daher ein vorrangiges Ziel, den Prozeß der Apoptose in gewünschter Weise therapeutisch zu beeinflussen. Eine Voraussetzung hierfür ist, daß die an der Apoptose beteiligten Faktoren und ihre Funktionsweise bekannt sind. Darüber hinaus sollte der therapeutische Eingriff in die Apoptose wegen ihrer generellen Bedeutung vorteilhafterweise selektiv und spezifisch sein, um Nebenwirkungen zu vermeiden. In diesem Zusammenhang ist deshalb die Aufklärung der spezifischen Signalwege der Apoptose auf zellphysiologischer Ebene, insbesondere auf molekularer Ebene, von großer Bedeutung.In It is related to the study of pathological apoptosis processes Therefore, a primary goal, the process of apoptosis in the desired Way to therapeutically influence. A prerequisite for this is that on the factors involved in apoptosis and their functioning are. About that addition, the therapeutic intervention should be due to apoptosis their general meaning advantageously selective and specific be to avoid side effects. In this context is therefore the enlightenment the specific signaling pathways of apoptosis on cell physiology Level, especially at the molecular level.
Hier spielen offenbar proapoptotische Bc1-2-ähnliche Proteine, wie Bax, Bad oder Bak, bei vielen Formen der Apoptose, beispielsweise nach Stimulation verschiedener proapoptotischer Rezeptoren, Behandlung mit ionisierenden Strahlen oder UV-Licht, eine entscheidende Rolle.Here apparently play pro-apoptotic Bc1-2-like proteins, such as Bax, Bad or Bak, in many forms of apoptosis, for example, after stimulation various proapoptotic receptors, treatment with ionizing Radiation or UV light, a crucial role.
Obwohl in fast allen Formen der Apoptose Bc1-2-ähnliche Moleküle eine entscheidende Rolle spielen, sind die zellulären Wirkmechanismen dieser Moleküle noch weitgehend unbekannt. Man kann Bc1-2-ähnliche Proteine in zwei Gruppen unterteilen, nämlich in proapoptotische und antiapoptotische Mitglieder dieser Proteinfamilie. Proapoptotische Bc1-2-ähnliche Proteine sind beispielsweise Bax, Bak, Bok, Bad, Bim, Bmf, Bid, Noxa oder Puma. Antiapoptotische Familienmitglieder sind beispielsweise Bc1-2 selbst, Bc1-xL, Bc1-w, Mc1-1, Boo/Diva und A1/Bf1-1. Einige virale Proteine, wie z. B. E1B19K oder BHRF1, sind homolog zu Bc1-2 und hemmen ebenfalls die Apoptose. Alle Bc1-2 ähnlichen Proteine enthalten konservierte α-helikale Domänen, sogenannte BH-Domänen. Insgesamt sind vier homologe BH-Domänen bekannt, von denen aber nur BH3 in allen Bc1-2 ähnlichen Proteinen, sowohl den antiapoptotischen als auch den proapoptotischen Proteinen, zu finden ist. Die genaue molekulare Funktion dieser BH-Domänen ist bisher nicht bekannt, sie scheinen aber der Interaktion zwischen verschiedenen Bc1-2-ähnlichen Proteinen zu dienen.Although in almost all forms of apoptosis Bc1-2-like molecules play a crucial role, the cellular mechanisms of action of these molecules are still largely unknown. One can divide Bc1-2-like proteins into two groups, namely pro-apoptotic and anti-apoptotic members of this protein family. Pro-apoptotic Bc1-2-like proteins are, for example, Bax, Bak, Bok, Bad, Bim, Bmf, Bid, Noxa or Puma. Anti-apoptotic family members are, for example, Bc1-2 itself, Bc1-x L , Bc1-w, Mc1-1, Boo / Diva and A1 / Bf1-1. Some viral proteins, such as. B. E1B19K or BHRF1, are homologous to Bc1-2 and also inhibit apoptosis. All Bc1-2-like proteins contain conserved α-helical domains, called BH domains. A total of four homologous BH domains are known, of which only BH3 is present in all Bc1-2-like proteins, both anti-apoptotic and pro-apoptotic proteins, can be found. The exact molecular function of these BH domains is not yet known, but they seem to serve the interaction between different Bc1-2-like proteins.
Bc1-2-ähnliche Proteine scheinen über verschiedene Mechanismen reguliert zu werden. So assoziieren die antiapoptotischen Moleküle Bc1-2 und Bc1-xL mit proapoptotischen Molekülen wie Bax oder den BH-3-Proteinen. Dadurch scheinen die proapoptotischen Moleküle in Bezug auf ihre Wirkung neutralisiert und Apoptose blockiert zu werden. Über einen ähnlichen Mechanismus wirken auch die Assoziation Bc1-2-ähnlicher Proteine mit 14-3-3-Proteinen, die Interaktion von Bim mit Dynein, von Bmf mit dem Aktincytoskelett oder die Bindung von phosphoryliertem Bad an bestimmte Bereiche der Zellmembran, den sogenannten Lipid Rafts. Schließlich werden einige proapoptotische Bc1-2-ähnliche Proteine auch über eine PKB/Akt-abhängige Phosphorylierung inaktiviert. Eine Dephosphorylierung führt zur Aktivierung der proapoptotischen Aktivität dieser Bc1-2-ähnlichen Proteine.Bc1-2-like proteins appear to be regulated by several mechanisms. Thus, the anti-apoptotic molecules Bc1-2 and Bc1-x L associate with pro-apoptotic molecules such as Bax or the BH-3 proteins. As a result, the pro-apoptotic molecules appear to be neutralized in their action and to be blocked by apoptosis. The association of Bc1-2-like proteins with 14-3-3 proteins, the interaction of Bim with dynein, Bmf with the actin cytoskeleton or the binding of phosphorylated bath to certain areas of the cell membrane, the so-called lipid, also act via a similar mechanism rafts. Finally, some pro-apoptotic Bc1-2-like proteins are also inactivated via PKB / Akt-dependent phosphorylation. Dephosphorylation activates the pro-apoptotic activity of these Bc1-2-like proteins.
Die meisten Konzepte über die Wirkmechanismen Bc1-2-ähnlicher Proteine gehen zur Zeit davon aus, daß diese Proteine bei einem entsprechenden apoptotischen Stimulus aus dem Cytosol oder anderen zellulären Kompartimenten an Mitochondrien binden und dort Apoptose induzieren. Zur Zeit ist nicht geklärt, wie proapoptotische Bc1-2-ähnliche Proteine auf molekularer Ebene wirken. Es wurde beschrieben, daß Bax an den Adenin-Nukleotid-Translo kator der mitochondrialen Permeability Transition Pore (PTP), eines großen und unselektiven mitochondrialen Innenkanals, bindet und damit die Funktion von PTP reguliert. Nach dieser Vorstellung resultiert durch eine Bindung von Bax an die PTP eine Aktivierung des Kanals, als Folge wird die Mitochondrienmembran depolarisiert und Apoptose induziert. Die Mechanismen der Regulation der PTP durch Bax und die physiologische Bedeutung der Interaktion für Apoptose sind jedoch noch unbekannt.The most concepts about the mechanisms of action Bc1-2-like Proteins currently assume that these proteins in a corresponding apoptotic stimulus from the cytosol or others cellular Bind compartments to mitochondria and induce apoptosis there. At the moment it is not clear like pro-apoptotic Bc1-2-like proteins act at the molecular level. It has been described that Bax on the adenine nucleotide translocator of mitochondrial permeability Transition pore (PTP), a large and unselective mitochondrial Internal channels, binds and thus regulates the function of PTP. To This idea results from a commitment of Bax to the PTP activation of the channel, as a result, the mitochondrial membrane depolarized and induced apoptosis. The mechanisms of regulation the PTP by Bax and the physiological importance of the interaction for apoptosis are still unknown.
Ein weiteres Konzept über die Funktion Bc1-2-ähnlicher Proteine wurde aus der Struktur dieser Proteine abgeleitet. Strukturanalysen zeigten eine Homologie Bc1-2-ähnlicher Proteine mit dem Diphterietoxin, was zur Hypothese führte, daß proapoptotische Bc1-2-ähnliche Proteine in der mitochondrialen Membran einen eigenen Kanal bilden und dadurch die Mitochondrien depolarisieren. Dieses Konzept basiert auf der Annahme der Funktion von Bc1-2-ähnlichen Proteinen als Ionenkanäle, was aber unter physiologischen Bedingungen – zumindest bislang – nicht bestätigt werden konnte.One another concept about the function Bc1-2-like Proteins were derived from the structure of these proteins. structural analysis showed a homology Bc1-2-like Proteins with the diphtheria toxin, which led to the hypothesis that pro-apoptotic Bc1-2-like Proteins in the mitochondrial membrane form its own channel and thereby depolarize the mitochondria. This concept is based on the assumption of the function of Bc1-2-like Proteins as ion channels, but under physiological conditions - at least so far - not approved could be.
Die WO 00/06187 A2 betrifft die Modulation von Apoptose, insbesondere ein Verfahren zur Induzierung von Apoptose zur Behandlung von mit verminderter Zellapoptose in Verbindung stehenden Krankheitszuständen. Die WO 00/06187 A2 geht von dem zuvor beschriebenen, aber für physiologische Zellvorgänge bislang nicht nachgewiesenen Konzept aus, daß proapoptotische Proteine und darüber hinaus auch antiapoptotische Proteine der Bc1-2-Familie große Kanäle in der Mitochondrienmembran ausbilden, wobei im Fall der von proapoptotischen Proteine gebildeten, chloridselektiven Kanäle Cytochrom c aus den Mitochondrien freigesetzt werden kann, wohingegen die von antiapoptotischen Proteinen gebildeten Kanäle kaliumselektiv sowie für Cytochrom c nicht permeabel sind. Das in der WO 00/06187 A2 beschriebene Verfahren soll folglich darauf abzielen, Substanzen bereitzustellen, die in Mitochondrienmembranen Kanäle bzw. Poren mit hoher Cytochrom c-Permeabilität ausbilden sollen und so Apoptose hervorrufen bzw. solche Substanzen zur Verfügung zu stellen, welche die Eigenschaften von Kanälen, die aus antiapoptotischen Proteinen gebildet sind, derart verändern sollen, daß es schließlich zur Apoptose der Zelle kommt. Ein Nachteil des in der WO 00/06187 A2 beschriebenen Verfahrens ist insbesondere darin zu sehen, daß es – wie bereits geschildert – auf einem für physiologische Zellvorgänge bislang nicht nachgewiesen Konzept beruht.The WO 00/06187 A2 relates to the modulation of apoptosis, in particular a method for inducing apoptosis for the treatment of decreased cell apoptosis in related disease states. The WO 00/06187 A2 is based on the previously described, but for physiological cell processes so far unproven concept that proapoptotic proteins and above In addition, anti-apoptotic proteins of the Bc1-2 family have large channels in the Form mitochondrial membrane, in the case of pro-apoptotic Proteins formed, chloride-selective channels cytochrome c from the mitochondria unlike those of anti-apoptotic proteins formed channels potassium selective as well as for Cytochrome c are not permeable. That described in WO 00/06187 A2 The aim of the method is therefore to provide substances form in mitochondrial membranes channels or pores with high cytochrome c permeability and thus cause apoptosis or such substances available represent the properties of channels that are made of anti-apoptotic Proteins are formed, should change so that it finally to Apoptosis of the cell comes. A disadvantage of the in WO 00/06187 A2 described method is in particular to see that it - as already portrayed - on one for physiological cell processes so far not proven concept is based.
Die WO 02/40025 A1 beschreibt die Induzierung von Apoptose insbesondere bei entzündungsspezifischen Zellen, wie beispielsweise Eosinophilen, zur Behandlung und Prävention entzündlicher Erkrankungen, wobei Substanzen verwendet werden, die spezifisch mit mitochondrialen KATP-Kanälen (d. h. mitochondrialen, ATP-abhängigen Kaliumkanälen) interagieren und zur Öffnung dieser Kanäle führen, wodurch als Folge eine Apoptose in den betroffenen Zellen stattfinden soll. Das in der WO 02/40025 A1 beschriebene Verfahren zielt somit ausschließlich auf ATP-abhängige mitochondriale Kaliumkanäle als pharmakologisches Target; darüber hinaus ist die WO 02/40025 A1 auf die Behandlung entzündlicher Erkrankungen, wie beispielsweise Rhinitis, Myokarditis oder Arthritis, beschränkt.WO 02/40025 A1 describes the induction of apoptosis, in particular in inflammation-specific cells, such as eosinophils, for the treatment and prevention of inflammatory diseases, using substances that specifically interact with mitochondrial K ATP channels (ie mitochondrial, ATP-dependent potassium channels) and lead to the opening of these channels, which should take place as a result of apoptosis in the affected cells. The method described in WO 02/40025 A1 thus aims exclusively at ATP-dependent mitochondrial potassium channels as a pharmacological target; In addition, WO 02/40025 A1 is limited to the treatment of inflammatory diseases such as rhinitis, myocarditis or arthritis.
Letztlich sind die molekularen Mechanismen, über die Bc1-2-ähnliche Proteine Apoptose regulieren, noch immer unbekannt. Da diese Proteinfamilie aber von herausragender Bedeutung in Bezug auf die Regulation von Apoptose ist, ermöglicht eine Identifizierung dieser Mechanismen völlig neue Ansätze zur Therapie von Erkrankungen des menschlichen oder tierischen Köpers, bei denen eine insbesondere übermäßige Verminderung von Apoptose und/oder eine insbesondere übermäßige Erhöhung von Zellwachstum und/oder Zellteilung auftritt oder die hiermit in Zusammenhang stehen oder bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsichtigt ist.Ultimately are the molecular mechanisms that govern Bc1-2-like Proteins regulate apoptosis, still unknown. But this protein family of paramount importance in the regulation of apoptosis is possible an identification of these mechanisms completely new approaches to Therapy of diseases of the human or animal body, at an especially excessive reduction of apoptosis and / or a particular excessive increase in cell growth and / or Cell division occurs or related or in which a therapeutically targeted apoptosis of the respective Cells is intended.
Die zuvor geschilderten Methoden des Standes der Technik ermöglichen bisher keine effiziente Therapiemöglichkeit in Bezug auf Erkrankungen des menschlichen oder tierischen Köpers, bei denen eine insbesondere übermäßige Verminderung von Apoptose und/oder eine insbesondere übermäßige Erhöhung von Zellwachstum und/oder Zellteilung auftritt oder die hiermit in Zusammenhang stehen oder bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsichtigt ist.The previously described methods of Stan In the prior art, the art does not provide an efficient therapy option with regard to diseases of the human or animal body in which an especially excessive reduction of apoptosis and / or an especially excessive increase of cell growth and / or cell division occurs or which are associated therewith or in which one therapeutically targeted apoptosis of the cells in question is intended.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine effiziente kurative bzw. prophylaktische Behandlungsmöglichkeit für Erkrankungen des menschlichen oder tierischen Köpers bereitzustellen, bei denen eine therapeu tisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsichtigt ist oder bei denen eine übermäßige Verminderung von Apoptose (d. h. also eine reduzierte bzw. herabgesetzte zelluläre Apoptose) bzw. eine übermäßige Erhöhung von Zellwachstum bzw. Zellteilung auftritt oder die hiermit in Zusammenhang stehen oder bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsichtigt ist.A The object of the present invention is now to provide an efficient curative or prophylactic treatment option for diseases of the human or animal body to provide a therapeutically targeted apoptosis the cells in question is intended or in which an excessive reduction of apoptosis (i.e., reduced or decreased cellular apoptosis) or an excessive increase of Cell growth or cell division occurs or related herewith or in which a therapeutically targeted apoptosis of the respective Cells is intended.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Auffindung bzw. Identifizierung entsprechender Wirkstoffe, welche sich zur Verwendung im Rahmen der Behandlung der vorgenannten Erkrankungen des menschlichen oder tierischen Körpers eignen, bereitzustellen.A Another object of the present invention is a method for finding or identifying corresponding active substances which for use in the context of the treatment of the aforementioned diseases of the human or animal body.
Gemäß einem ersten Gegengstand der vorliegenden Erfindung betrifft die vorliegende Erfindung somit die Verwendung mindestens einer apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) zur Herstellung eines Medikaments oder Arzneimittels zur prophylaktischen oder kurativen Behandlung von Erkrankungen des menschlichen oder tierischen Köpers, bei denen eine insbesondere übermäßige Verminderung von Apoptose bzw. eine insbesondere übermäßige Erhöhung von Zellwachstum bzw. Zellteilung auftritt oder die hiermit in Zusammenhang stehen oder bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsichtigt ist, wobei die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) derart ausgewählt bzw. beschaffen ist, daß sie durch Wechselwirkung bzw. Interaktion mit mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) der betreffenden Zellen eine Apoptose dieser Zellen induziert oder stimuliert.According to one The first object of the present invention relates to the present invention Invention thus the use of at least one apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) for the production of a Drug or drug for prophylactic or curative Treatment of diseases of the human or animal body, at an especially excessive reduction of apoptosis or a particular excessive increase in cell growth or Cell division occurs or related or in which a therapeutically targeted apoptosis of the respective Cells is intended, wherein the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating Substance (AIS) selected in such a way or that they are by interaction or interaction with mitochondrial potassium channels (MK) induces apoptosis of these cells or stimulated.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter Apoptoseinduzierung bzw. Apoptosestimulierung insbesondere eine gezielte Veränderung bzw. Beeinflussung, insbesondere eine Erhöhung bzw. Zunahme der natürlichen Apoptose der betreffenden Zellen zu verstehen. Unter dem Begriff Apoptoseinduzierung kann hierbei erfindungsgemäß eine insbesondere direkte bzw. aktive Einleitung des Apoptosevorgangs in den betreffenden Zellen verstanden werden, während der Begriff Apoptosestimulation erfindungsgemäß als eine insbesondere indirekte Einleitung des Apoptosevorgangs verstanden werden kann, beispielsweise als Folge insbesondere einer Reizung bzw. Anregung der betreffenden Zellen.in the The scope of the present invention is under apoptosis induction or Apoptosestimulierung in particular a targeted change or influencing, in particular an increase or increase in the natural To understand apoptosis of the cells in question. Under the term According to the invention, apoptosis induction can be a direct one in particular or active initiation of the apoptosis process in the relevant Cells are understood while the term apoptosis stimulation according to the invention as a particular indirect Initiation of the apoptosis process can be understood, for example as a result, in particular, an irritation or stimulation of the relevant Cells.
Unter dem Begriff der betreffenden Zellen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung solche Zellen zu verstehen, die von übermäßig verminderter Apoptose bzw. übermäßiger Erhöhung von Zellwachstum bzw. Zellteilung betroffen bzw. in Mitleidenschaft gezogen sind oder bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose beabsichtigt ist und die am Krankheitsbild bzw. -verlauf beteiligt sind bzw. das Krankheitsbild bestimmen. Für diesen Fall erfolgt die Behandlung kurativ bzw. therapeutisch. Weiterhin zählen zu den betreffenden Zellen auch solche Zellen, die beispielsweise im Rahmen eines progressiven bzw. chronischen Krankheitsverlaufs erst künftig von einer übermäßig verminderten Apoptose bzw. übermäßiger Erhöhung von Zellwachstum bzw. Zellteilung betroffen sind oder betroffen sein könnten, in diesem Fall erfolgt die Behandlung auf prophylaktischer Ebene, d. h. vor Einsetzen der verminderten Apoptose bzw. vor Einsetzen der übermäßigen Erhöhung von Zellwachstum bzw. Zellteilung. Zu den betreffenden Zellen können beispielsweise auch eukaryotische Erreger, sofern sie insbesondere mitochondriale Kaliumkanäle (MK), insbesondere den Kv1.3-Kaliumkanal der inneren Mitochondrienmembran, besitzen, aber auch körpereigene Zellen, bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose beabsichtigt ist, wie beispielsweise Zellen, die von Erregern, wie Bakterien bzw. Viren, befallen sind, gezählt werden.Under The term of the relevant cells are within the scope of the present To understand the invention of such cells, by excessively reduced apoptosis or excessive increase of Cell growth or cell division affected or affected or in which a therapeutically targeted apoptosis is intended and involved in the clinical picture or course or determine the clinical picture. For this case, the treatment takes place curative or therapeutic. Continue to count among the cells in question Also, such cells, for example, under a progressive or chronic disease progression in the future from an excessively diminished Apoptosis or excessive elevation of Cell growth or cell division are affected or affected could in this case the treatment is on a prophylactic level, d. H. before the onset of decreased apoptosis or before onset the excessive increase of Cell growth or cell division. For example, to the cells concerned also eukaryotic pathogens, provided in particular mitochondrial potassium channels (MK), in particular the Kv1.3 potassium channel of the inner mitochondrial membrane, own, but also the body's own Cells in which a therapeutically targeted apoptosis intends is, for example, cells that are caused by pathogens, such as bacteria or viruses, are counted become.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben übenaschenderweise herausgefunden, daß in den meisten Zellen des menschlichen oder tierischen Körpers, insbesondere in Zellen, bei denen eine übermäßige Verminderung von Apoptose bzw. eine übermäßige Erhöhung von Zellwachstum bzw. Zellteilung auftritt oder die hiermit in Zusammenhang stehen oder bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose beabsichtigt ist, mitochondriale, insbesondere in der innermitochondrialen Membran lokalisierte, im allgemeinen spannungsabhängige Kaliumkanäle, insbesondere Kv1.3-Kaliumkanäle bzw. deren Homologe, existieren (d. h. natürlich und dauerhaft vorhanden sind), welche – wenn sie in Wechselwirkung mit proapoptotischen Substanzen, insbesondere natürlich vorkommenden proapoptotischen Substanzen, wie proapoptotischen Bc1-2-ähnlichen Proteinen, wie z. B. Bax, treten – zur Auslösung von Apoptose der betreffenden Zellen führen, und daß die gezielte Beeinflussung, insbesondere die Inhibierung bzw. Blockade, dieser Kaliumkanäle mit apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanzen (AIS) eine effiziente Maßnahme darstellt, um die Apoptose der betreffenden Zellen zu induzieren bzw. zu stimulieren und folglich mit übermäßig verminderter Apoptose bzw. übermäßiger Erhöhung von Zellwachstum bzw. Zellteilung in Zusammenhang stehende Erkrankungen oder die hiermit in Zusammenhang stehen oder Erkrankungen, bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsichtigt ist, zu therapieren. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß eine sehr effiziente Therapiemöglichkeit für derartige Erkrankungen bereitgestellt, welche gezielt bzw. selektiv in die apoptotischen Zellvorgänge eingreift. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff der Wechselwirkung zwischen apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanzen (AIS) einerseits und mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) andererseits eine Beeinflussung der Aktivität der mitochondrialen Kaliumkanäle (MK) in den betreffenden Zellen zu verstehen, derart daß Apoptose induziert bzw. stimuliert wird.Surprisingly, the inventors of the present invention have found that in most cells of the human or animal body, particularly in cells exhibiting or being associated with an excessive reduction in apoptosis or an increase in cell proliferation or cell division associated therewith where a therapeutically targeted apoptosis is intended, mitochondrial, in particular in the inner mitochondrial membrane located, generally voltage-dependent potassium channels, in particular Kv1.3 potassium channels or their homologs exist (ie, natural and permanently present), which - if they interact with pro-apoptotic substances, in particular naturally occurring pro-apoptotic substances, such as pro-apoptotic Bc1-2-like proteins, such as. B. Bax, - lead to the triggering of apoptosis of the cells in question, and that the targeted influence, in particular the inhibition or blockade, these potassium channels with apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating Substan zen (AIS) is an efficient measure to induce or stimulate apoptosis of the cells in question, and consequently with excessively reduced apoptosis or excessive increase of cell growth or cell division-related diseases or related diseases which a therapeutically targeted apoptosis of the cells in question is intended to treat. In this way, a very efficient therapy option for such diseases is provided according to the invention, which selectively or selectively intervenes in the apoptotic cell processes. In the context of the present invention, the term interaction of apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substances (AIS) on the one hand and mitochondrial potassium channels (MK) on the other hand is understood as influencing the activity of the mitochondrial potassium channels (MK) in the respective cells such that apoptosis is induced or stimulated.
Denn den Erfindern der vorliegenden Erfindung ist der Nachweis gelungen, daß die in den Mitochondrien exprimierten Kaliumkanäle (insbesondere die in der innermitochondrialen Membran lokalisierten, im allgemeinen spannungsabhängigen Kaliumkanäle, insbesondere Kv1.3-Kaliumkanäle und deren Homologe) mit proapoptotischen Bc1-2-ähnlichen Proteinen, wie z. B. Bax, interagieren und Bc1-2-induzierte (z. B. Bax-induzierte) Apoptose vermitteln, so daß eine "Nachahmung" bzw. Aktivierung dieser Interaktion bzw. Wechselwirkung zu einer Induzierung bzw. Stimulation und damit zu einer Erhöhung der Apoptose als solcher führt und somit eine effiziente Therapiemöglichkeit in Bezug auf mit dem Auftreten von übermäßig verminderter Apoptose bzw. übermäßiger Erhöhung von Zellwachstum bzw. Zellteilung in Zusammenhang stehenden Erkrankungen oder Erkrankungen, bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsichtigt ist, bietet. Proapoptotische Proteine der Bc1-2-Familie, wie z. B. Bax, interagieren bzw. wechselwirken also beispielsweise mit Kv1.3-Kaliumkanälen der inneren Mitochondrienmembran (IMM) und können über diesen Mechanismus Apoptose induzieren. Dabei werden beispielsweise die Kv1.3-Kanäle der inneren Mitochondrienmembran (IMM), insbesondere durch die proapoptotischen Proteine der Bc1-2-Familie, wie z. B. Bax, derart blockiert bzw. inhibiert, daß in den betreffenden Zellen eine Apoptose induziert bzw. stimuliert wird. Unter dem Begriff Blockade bzw. Blockieren oder Inhibieren kann im Sinne der vorlie genden Erfindung insbesondere eine Veränderung kanalspezifischer, z. B. biophysikalischer Parameter, wie beispielsweise eine Abnahme beispielsweise des Kanalleitwerts, der Kanaloffenzeit (Lebensdauer) und/oder der Offenwahrscheinlichkeit des Kanals, verstanden werden. Die Wechselwirkung bzw. Interaktion der proapoptotischen Proteine der Bc1-2-Familie, wie z. B. Bax, insbesondere mit den Kv1.3-Kanälen der inneren Mitochondrienmembran (IMM) kann dabei beispielsweise eine direkte, insbesondere eine physikalische und/oder chemische Wechselwirkung, oder eine indirekte Wechselwirkung sein.Because the inventors of the present invention have succeeded in demonstrating that the in the mitochondria expressed potassium channels (especially those in the innermitochondrial membrane, in particular voltage-dependent potassium channels, in particular Kv1.3 potassium channels and their homologues) with pro-apoptotic Bc1-2-like proteins, such as. Bax, and Bc1-2-induced (eg, Bax-induced) Mediate apoptosis, so that an "imitation" or activation this interaction or interaction to an induction or Stimulation and thus an increase in apoptosis as such leads and thus an efficient treatment option with regard to the occurrence of excessively reduced apoptosis or excessive increase of Cell growth or cell division related diseases or Diseases in which a therapeutically targeted apoptosis of the intended cells. Pro-apoptotic proteins the Bc1-2 family, such. B. Bax, so interact or interact for example, with Kv1.3 potassium channels of the inner mitochondrial membrane (IMM) and can about this Mechanism induce apoptosis. Here, for example, the Kv1.3 channels the inner mitochondrial membrane (IMM), in particular by the proapoptotic Proteins of the Bc1-2 family, such as. B. Bax, so blocked or inhibits that in induced or stimulated apoptosis of the cells in question becomes. By the term blockade or blocking or inhibiting For the purposes of the present invention, in particular a change of channel-specific, z. B. biophysical parameters, such as a decrease For example, the channel conductance, the channel open time (lifetime) and / or the likelihood of the channel being understood. The interaction or interaction of the pro-apoptotic proteins of the Bc1-2 family, such as B. Bax, especially with the Kv1.3 channels of the inner mitochondrial membrane (IMM) can, for example, a direct, in particular a physical and / or chemical interaction, or an indirect one Be interaction.
Zwar ist die Existenz beispielsweise von Kv1.3-Kanälen in der äußeren Zell- bzw. Cytoplasmamembran an sich seit längerem bekannt, jedoch war es bis zum Zeitpunkt der Erfindung unbekannt, daß auch in Mitochondrienmembranen, insbesondere in den inneren Mitochondrienmembranen, derartige Kaliumkanäle vorhanden sind und daß diese mitochondrialen Kaliumkanäle von herausragender Bedeutung in Bezug auf apoptotische Zellvorgänge sind und folglich eine effizientes Target für eine Regulation, insbesondere ein Auslösen der Zellapoptose darstellen.Though is the existence of, for example, Kv1.3 channels in the outer cell or cytoplasmic membrane per se prolonged However, it was unknown until the time of the invention that also in Mitochondrial membranes, especially in the inner mitochondrial membranes, such potassium channels are present and that these mitochondrial potassium channels are of paramount importance in terms of apoptotic cellular processes and hence an efficient target for regulation, in particular a trigger represent the cell apoptosis.
Die Erfinder konnten in ihren Experimenten die Existenz von spannungsabhängigen Kaliumkanälen, insbesondere von Kv1.3-Kaliumkanälen oder hierzu homologen Kanälen, in der inneren Mitochondrienmembran (IMM) nachweisen. Darüber hinaus konnten die Erfinder anhand von Versuchen an vollständigen Zellsystemen sowie an isolierten Mitochondrien zeigen, daß die funktionelle Expression dieser Kanäle in Mitochondrien in Bezug auf apoptotische Vorgänge von großer Bedeutung ist. So konnte nachgewiesen werden, daß das Vorhandensein von spannungsabhängigen mitochondrialen Kaliumkanälen, insbesondere von Kv1.3-Kaliumkanälen oder hierzu homologen Kanälen, die insbesondere in der inneren Mitochondrienmembran (IMM) lokalisiert sind, in Bezug auf eine Apoptoseinduzierung, insbesondere durch proapoptotische Bc1-2-ähnliche Proteine, wie Bax, notwendig ist. So konnten die Erfinder zeigen, daß Zellen bzw. Mitochondrien, die diese Kanäle aufgrund ihrer genetischen Disposition nicht enthalten, eine Resistenz gegenüber proapoptotischen Bc1-2-ähnlichen Proteinen, insbesondere Bax, und darüber hinaus auch gegenüber anderen Substanzen, von denen bekannt ist, daß sie Apoptose induzieren, wie beispielsweise C6-Ceramid oder Staurosporin, aufweisen und eine Apoptose bei derartigen Zellen bzw. Mitochondrien nicht induziert werden kann. Die Inhibierung bzw. Blockade dieser Kanäle an isolierten Mitochondrien führte zur Induzierung von apoptosespezifischen Prozessen, wie Cytochrom c-Freisetzung, Veränderungen des mitochondrialen Membranpotentials, insbesondere Depolarisation, und Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS). Zusammenfassend belegen die experimentellen Erkenntnisse, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung gewonnen worden sind, die zentrale Bedeutung der in den Mitochondrien, insbesondere in der innermitochondrialen Membran lokalisierten, im allgemeinen spannungsabhängigen Kaliumkanäle, insbesondere Kv1.3-Kaliumkanäle, in bezug auf apoptotische Vorgänge sowie eine Möglichkeit der Apoptoseregulation bzw. Apoptosestimulation über diese Kaliumkanäle.In their experiments, the inventors were able to detect the existence of voltage-dependent potassium channels, in particular Kv1.3 potassium channels or homologous channels, in the inner mitochondrial membrane (IMM). In addition, the inventors have been able to show, by means of experiments on complete cell systems and on isolated mitochondria, that the functional expression of these channels in mitochondria is of great importance with regard to apoptotic processes. Thus, it has been demonstrated that the presence of voltage-dependent mitochondrial potassium channels, in particular Kv1.3 potassium channels or homologous channels localized in particular in the inner mitochondrial membrane (IMM), with respect to apoptosis induction, in particular by pro-apoptotic Bc1-2 similar proteins, such as Bax, is necessary. Thus, the inventors were able to show that cells or mitochondria which do not contain these channels because of their genetic disposition, a resistance to pro-apoptotic Bc1-2-like proteins, in particular Bax, and in addition to other substances, which is known that they induce apoptosis, such as C 6 ceramide or staurosporine, and apoptosis can not be induced in such cells or mitochondria. The inhibition or blockade of these channels on isolated mitochondria led to the induction of apoptosis-specific processes, such as cytochrome c release, changes in mitochondrial membrane potential, in particular depolarization, and release of reactive oxygen species (ROS). In summary, the experimental findings obtained by the inventors of the present invention demonstrate the central importance of the generally voltage-dependent potassium channels, in particular Kv1.3 potassium channels, localized in the mitochondria, in particular in the inner mitochondrial membrane, with respect to apoptotic processes as well a possibility the Apoptoseregulation or Apoptosestimulation about these potassium channels.
Wie zuvor geschildert, kommen erfindungsgemäß solche apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanzen (AIS) zum Einsatz, die derart ausgewählt bzw. beschaffen sind, daß sie durch Wechselwirkung bzw. Interaktion mit mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) der betreffenden Zellen eine Apoptose dieser Zellen induzieren bzw. stimulieren.As previously described, according to the invention come such apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substances (AIS) are used, the selected in this way or that they are through Interaction or interaction with mitochondrial potassium channels (MK) induce apoptosis of these cells or stimulate.
Dies
kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen, wie im folgenden
ausgeführt
wird:
Eine erste Möglichkeit
besteht darin, daß die
erfindungsgemäß eingesetzte
apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) derart ist,
daß sie
mit dem mitochondrialen Kaliumkanal (MK) in der Weise wechselwirkt
bzw. interagiert, daß in
den betreffenden Zellen eine Apoptose dieser Zellen induziert bzw.
stimuliert wird. Hierbei kann die Wechselwirkung der apoptoseinduzierende
und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) mit dem mitochondrialen
Kaliumkanal (MK) insbesondere durch physikalische und/oder chemische
Bindung der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden
Substanz (AIS) an den mitochondrialen Kaliumkanal (MK) erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt die Bindung der apoptoseinduzierenden und/oder
apoptosestimulierenden Substanz (AIS) an den mitochondrialen Kaliumkanal
(MK) dabei zumindest im wesentlichen selektiv, d. h. vorteilhafterweise
besitzt die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz
(AIS) in bezug auf den mitochondrialen Kaliumkanal (MK) eine erhöhte Bindungsaffinität im Vergleich
zur Bindungsaffinität
gegenüber
anderen Substanzen. Die Interaktion bzw. Bindung der apoptoseinduzierenden
und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS) an den mitochondrialen
Kaliumkanal (MK) kann beispielsweise im Porenbereich des mitochondrialen
Kaliumkanals (MK) im Sinne eines Kanalblockers stattfinden oder
aber an einer hiervon verschiedenen Bindungsstelle erfolgen, jedoch
stets mit der Maßgabe,
daß eine
Wechselwirkung bzw. Bindung der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden
Substanzen (AIS) in bezug auf den mitochondrialen Kaliumkanal (MK)
in den betreffenden Zellen zu einer Induzierung bzw. Stimulierung von
Apoptose in diesen Zellen führt.This can be done in several ways, as follows:
A first possibility is that the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) used according to the invention is such that it interacts or interacts with the mitochondrial potassium channel (MK) in such a way that apoptosis of these cells is induced in the respective cells or is stimulated. In this case, the interaction of the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) with the mitochondrial potassium channel (MK) can be effected in particular by physical and / or chemical binding of the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) to the mitochondrial potassium channel (MK). Preferably, the binding of the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) to the mitochondrial potassium channel (MK) is at least substantially selective, ie advantageously the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) has an increased relative to the mitochondrial potassium channel (MK) Binding affinity compared to binding affinity to other substances. The interaction or binding of the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) to the mitochondrial potassium channel (MK) can for example take place in the pore area of the mitochondrial potassium channel (MK) in the sense of a channel blocker or at a different binding site, but always with the The proviso that an interaction or binding of the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substances (AIS) with respect to the mitochondrial potassium channel (MK) in the cells in question leads to an induction or stimulation of apoptosis in these cells.
Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform dieser ersten Möglichkeit ist die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) derart ausgewählt bzw. beschaffen, daß sie den mitochondrialen Kaliumkanal (MK), insbesondere den Kv1.3-Kaliumkanal der inneren Mitochondrienmembran und/oder dessen Homologe, blockiert bzw. inhibiert.According to one very particularly preferred embodiment this first possibility is the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) selected or procure that they the mitochondrial potassium channel (MK), especially the Kv1.3 potassium channel the inner mitochondrial membrane and / or its homologs blocked or inhibited.
Unter dem Begriff Blockieren bzw. Inhibieren kann erfindungsgemäß insbesondere eine durch die Wechselwirkung bzw. Interaktion der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS) mit dem mitochondrialen Kaliumkanal (MK), insbesondere dem Kv1.3-Kaliumkanal der inneren Mitochondrienmembran, hervorgerufene Veränderung kanalspezifischer, z. B. biophysikalischer Parameter, wie beispielsweise des Kanalleitwerts, der Kanaloffenzeit (Lebensdauer) und/oder der Offenwahrscheinlichkeit des Kanals, verstanden werden. Die Wechselwirkung bzw. Interaktion der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS) mit dem mitochondrialen Kaliumkanal (MK), insbesondere dem Kv1.3-Kaliumkanal der inneren Mitochondrienmembran, kann dabei beispielsweise eine direkte, insbesondere eine physikalische und/oder chemische Wechselwirkung, beispielsweise im Bereich der Kanalpore, was insbesondere zu einem "Versperren" bzw. "Verstopfen" der Kanalpore führen kann, sein. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß auch eine indirekte Wechselwirkung möglich, beispielsweise durch Änderungen zellphysiologischer Parameter. Erfindungsgemäß ist unter dem Begriff Blockade bzw. Blockieren insbesondere eine vollständige Inaktivierung des mitochondrialen Kaliumkanals (MK), insbesondere des Kv1.3-Kaliumkanals der inneren Mitochondrienmembran, vorzugsweise ein hergehend mit einem vollständigen Rückgang der Kanalaktivität, im allgemeinen in bezug auf die oben genannten biophysikalischen Kanalparameter, zu verstehen, verbunden mit einer Erhöhung bzw. Zunahme der natürlichen Apoptose. Der Begriff Inhibieren kann erfindungsgemäß insbesondere als eine zumindest teilweise Inaktivierung des Kanals verstanden werden derart, daß eine Abnahme bzw. Verringerung der Kanalaktivität, im allgemeinen in bezug auf die vorgenannten biophysikalischen Kanalparameter, eintritt, verbunden mit einer Erhöhung bzw. Zunahme der natürlichen Apoptose.Under The term blocking or inhibiting can according to the invention in particular one through the interaction or interaction of the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) with the mitochondrial Potassium channel (MK), especially the Kv1.3 potassium channel of the inner Mitochondrial membrane, caused change channel-specific, z. B. biophysical parameters, such as the channel conductance, the Open channel life (lifetime) and / or the probability of occurrence of the channel, to be understood. The interaction or interaction the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) with the mitochondrial potassium channel (MK), in particular the Kv1.3 potassium channel of the inner mitochondrial membrane, it can, for example a direct, in particular a physical and / or chemical Interaction, for example in the area of the channel pore, which in particular can lead to a "blocking" or "clogging" of the channel pore, be. About that In addition, according to the invention is also a indirect interaction possible, for example, through changes cell physiological parameters. According to the invention, the term blockade or in particular block complete inactivation of the mitochondrial potassium channel (MK), in particular the Kv1.3 potassium channel of the inner mitochondrial membrane, preferably one with a complete decrease in channel activity, in general with respect to the above-mentioned biophysical channel parameters, to understand, associated with an increase or increase in the natural Apoptosis. The term inhibition may according to the invention in particular understood as an at least partial inactivation of the channel become such that a Decrease or decrease in channel activity, generally with respect to the aforementioned biophysical channel parameters, occurs with an increase or increase in natural Apoptosis.
Eine zweite, alternative Möglichkeit der Wechselwirkung zwischen apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanzen (AIS) einerseits und mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) der betreffenden Zellen andererseits besteht darin, daß die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) eine Änderung oder Beeinflussung des physiologischen Zellverhaltens bzw. der physiologischen Zellparameter hervorruft, wie es im folgenden weiter konkretisiert wird. Gemäß dieser Ausführungsform kann die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) so beschaffen bzw. ausgewählt sein, daß sie die physiologischen Parameter der betreffenden Zellen, wie insbesondere deren Metabolismus, Osmolarität, pH-Wert, Membranpotential und dergleichen, derart beeinflußt, daß die biophysikalischen Eigenschaften, insbesondere Kanalleitwert, Kanaloffenzeit und/oder Kanaloffenwahrscheinlichkeit, der mitochondrialen Kaliumkanäle (MK) der betreffenden Zellen in der Weise verändert werden, daß in den betreffenden Zellen eine Apoptose dieser Zellen induziert und/oder stimuliert wird. Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform dieser zweiten Möglichkeit werden die physiologischen Zellparameter durch die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) derart beeinflußt, daß der mitochondriale Kaliumkanal (MK), insbesondere der Kv1.3-Kaliumkanal der inneren Mitochondrienmembran, blockiert bzw. inhibiert wird.A second, alternative possibility of interaction between apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substances (AIS) on the one hand and mitochondrial potassium channels (MK) of the respective cells on the other hand is that the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) a change or influence on the physiological cell behavior or the physiological cell parameters, as will be further specified below. According to this embodiment, the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) may be selected so as to influence the physiological parameters of the cells in question such as, in particular, their metabolism, osmolarity, pH, membrane potential and the like, such that the biophysical properties, in particular channel conductance, channel open-time and / or open-channel probability, of the mitochondrial potassium channels (MK) of the cells in question in the Be changed way that induced in the cells in question, apoptosis of these cells and / or stimulated. According to a very particularly preferred embodiment of this second possibility, the physiological cell parameters are influenced by the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) in such a way that the mitochondrial potassium channel (MK), in particular the Kv1.3 potassium channel of the inner mitochondrial membrane, blocks or inhibits becomes.
Zusätzlich kann die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) derart beschaffen sein, daß sie – neben der kanalblockierenden oder kanalinhibierenden Wirkung bzw. neben der Beeinflussung der physikalischen Zellparameter – außerdem auch mit antiapoptotischen Substanzen (AAS), wie nachfolgend noch definiert wird, in der Weise wechselwirkt bzw. interagiert, daß die antiapoptotische Wirkung der antiapoptotischen Substan zen (AAS) inhibiert oder zumindest gehemmt wird. Dabei kann die antiapoptotische Substanz (AAS) insbesondere durch physikalische bzw. chemische Bindung der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS) an die antiapoptotische Substanz (AAS) beispielsweise inaktiviert werden. Im Rahmen dieses Wirkmechanismus kann demnach in den betreffenden Zellen beispielsweise eine insbesondere durch die antiapoptotische Substanz (AAS) hervorgerufene verminderte Apoptose auf ein höheres Maß zurückgeführt werden. Bei der antiapoptotischen Substanz (AAS) kann es sich beispielsweise um eine im Körper und/oder in Körperzellen vorkommende natürliche, insbesondere körpereigene Substanz handeln, insbesondere ein antiapoptotisch wirkendes Peptid, insbesondere ein Oligopeptid, ein Polypeptid oder ein antiapoptotisch wirkendes Peptid, z. B. der Bc1-2-Familie, wie Bc1-2, Mc1-1, A1/Bf1-1, Bc1-XL, Boo/Diva oder Bc1-w, sowie deren Homologe oder Derivate. In Bezug auf den Begriff der Homologe und Derivate kann auf nachfolgende Ausführungen zu der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS) verwiesen werden, die in diesem Zusammenhang entsprechend gelten. Kennzeichnend z. B. für eine aus der Bcl-2-Familie stammende, antiapoptotische Substanz (AAS) ist insbesondere die Existenz von BH-Domänen als Strukturmerkmale, wobei die antiapoptotisch wirksamen Bc1-2-Proteine insbesondere vier kurze BH-Domänen aufweisen können, die als BH1, BH2, BH3 und BH4 bezeichnet werden.In addition, the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) may be such that it - in addition to the channel blocking or channel inhibiting effect or in addition to influencing the physical cell parameters - also with anti-apoptotic substances (AAS), as will be defined below the manner interacts or interacts that the anti-apoptotic effect of the anti-apoptotic Substan zen (AAS) is inhibited or at least inhibited. In this case, the anti-apoptotic substance (AAS) can in particular be inactivated, for example, by physical or chemical binding of the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) to the anti-apoptotic substance (AAS). In the context of this mechanism of action, it is thus possible, for example, to reduce the decreased apoptosis, in particular by the anti-apoptotic substance (AAS), to a higher level in the cells in question. The anti-apoptotic substance (AAS) may, for example, be a natural, in particular endogenous substance occurring in the body and / or body cells, in particular an anti-apoptotic peptide, in particular an oligopeptide, a polypeptide or an anti-apoptotic peptide, eg. B. the Bc1-2 family, such as Bc1-2, Mc1-1, A1 / Bf1-1, Bc1-X L , Boo / diva or Bc1-w, and their homologs or derivatives. With regard to the term homologues and derivatives, reference may be made to the following remarks concerning the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS), which apply correspondingly in this context. Characteristic z. For example, for an anti-apoptotic substance (AAS) derived from the Bcl-2 family, the existence of BH domains as structural features is particularly noteworthy, with the anti-apoptotic Bc1-2 proteins in particular having four short BH domains known as BH1 , BH2, BH3 and BH4.
Bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen sollte die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) vorteilhafterweise derart ausgewählt werden, daß die sie in Bezug auf die Zelle, insbesondere in Bezug auf die physiologischen Parameter der betreffenden Zelle, kompatibel ist und vor allem die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) selbst keine Apoptose inhibiert oder zumindest hemmt. Der Begriff kompatibel ist hierbei so zu verstehen, daß die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) insbesondere die physiologischen Parameter der betreffenden Zelle nicht dahingehend ändert, daß apoptotische Folgereaktionen, wie etwa eine Cytochrom c-Freisetzung oder eine Aktivierung der PTP, inhibiert (d. h. vollständig unterbunden) oder gehemmt werden.at all previously described embodiments should be the apoptosis-inducing and / or apoptotic-stimulating substance (AIS) are advantageously selected such that they in relation to the cell, especially in relation to the physiological Parameters of the cell in question, is compatible and especially the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) itself does not inhibit or at least inhibit apoptosis. The term compatible In this case, it should be understood that the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) especially the physiological parameters of the cell in question to that effect, that apoptotic Subsequent reactions, such as a cytochrome c release or a Activation of PTP is inhibited (i.e., completely inhibited) or inhibited become.
Die erfindungsgemäß eingesetzte apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) kann eine anorganische oder organische Substanz sein. Beispielsweise kann die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) eine niedermolekulare Substanz (sogenanntes "Small Drug Molecule") oder aber eine höhermolekulare, insbesondere oligomere oder polymere Substanz sein.The used according to the invention apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) an inorganic or organic substance. For example may be the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) a low molecular weight substance (so-called "Small Drug Molecule") or a high molecular weight, in particular oligomeric or polymeric substance.
Beispielsweise kann die erfindungsgemäß eingesetzte apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) ein Kohlenwasserstoff, eine Nukleinsäure, ein Lipid oder ein Peptid bzw. ein Derivat der vorgenannten Verbindungen sein, wie beispielsweise ein Lipoprotein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem Peptid eine Verbindung zu verstehen, die aus α-Aminosäuren besteht, welche durch Säureamidbindungen (Peptidbindungen) kettenförmig verknüpft sind; in Abhängigkeit der Anzahl der Aminosäuren kann zwischen Oligopeptiden (bis zu 10 Aminosäuren), Polypeptiden (10 bis 100 Aminosäuren) und Proteinen (über 100 Aminosäuren) differenziert werden, d. h. der Begriff Peptid wird erfindungsgemäß sehr weit verstanden und umfaßt somit Oligopeptide, Polypeptide und Proteine. Unter einem Peptidderivat ist jede funktionelle Variante des Peptids zu verstehen. Beispielsweise umfaßt eine funktionelle Variante eines natürlich vorkommenden Peptids z. B. die Substitution einer oder mehrerer Aminosäuren in seiner Sequenz, so daß die Funktion des resultierenden Peptids als apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) nicht beeinflußt wird. Eine funktionelle Variante umfaßt im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise auch eine Veränderung der Sequenz, wobei eine oder mehrere Aminosäuren entfernt und/oder durch eine andere Aminosäure bzw. modifizierte Aminosäure oder nicht natürliche Aminosäure ersetzt werden können bzw. eine solche Aminosäure eingefügt werden kann. Unter Beibehaltung der apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Wirkung können beispielsweise auch Glykosylierungen oder Phosphorylierungen in Bezug auf die verwendeten Peptide durchgeführt werden.For example can the inventively used apoptosis inducing or apoptosis stimulating substance (AIS) Hydrocarbon, a nucleic acid, a lipid or a peptide or a derivative of the aforementioned compounds such as a lipoprotein. In the context of the present The invention is a peptide to be understood as a compound which consists of α-amino acids, which by acid amide bonds (Peptide bonds) chain-shaped connected are; in dependency of Number of amino acids may be between oligopeptides (up to 10 amino acids), polypeptides (10 bis 100 amino acids) and proteins (via 100 amino acids) be differentiated, d. H. The term peptide is according to the invention very far understood and embraced thus oligopeptides, polypeptides and proteins. Under a peptide derivative is any functional variant of the peptide to understand. For example, includes functional variant of a natural occurring peptide z. B. the substitution of one or more amino acids in its sequence, so that the function of the resulting peptide as apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating Substance (AIS) not affected becomes. A functional variant comprises within the scope of the present invention Invention, for example, a change in the sequence, wherein one or more amino acids removed and / or by another amino acid or modified amino acid or not natural amino acid can be replaced or such an amino acid added can be. Maintaining the apoptosis inducing or apoptosis stimulating Effect can for example, glycosylations or phosphorylations in Regarding the used peptides.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) insbesondere ein proapoptotisch wirkendes Peptid, insbesondere ein Oligopeptid, ein Polypeptid oder ein Protein, so z. B. ein Mitglied der proapoptotisch wirksamen Bc1-2-Familie, sein. Hierzu zählen Peptide wie Bax, Bak, Bok, Bim, Bmf, Bad, Bik, Bid, Bc1-xs, Noxa oder Puma sowie deren Homologe und Derivate. Derartige Peptide der Bc1-2-Familie können ebenfalls BH-Domänen als Strukturmerkmale enthalten, wobei hier insbesondere die BH4-Domäne und die BH3-Domäne zu nennen sind. Diese Domänen können beispielsweise als mögliche Interaktionsstellen in bezug auf antiapoptotischen Substanz (AAS) dienen (z. B. vorzugsweise selektive Bindung der AIS an die entsprechenden Domäne der AAS zu deren Inaktivierung). Darüber hinaus kann die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus der Gruppe von spezifischen Inhibitoren bzw. Kanalblockern des Kv1.3-Kaliumkanals der inneren Mitochondrienmembran (IMM), wie Margatoxin und/oder Shigatoxin, sowie deren Homologen und Derivaten, ausgewählt sein.In the context of the present invention, the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) can in particular be a propapoptotically active peptide, in particular an oligopep tid, a polypeptide or a protein, such. B. a member of the pro-apoptotic Bc1-2 family be. These include peptides such as Bax, Bak, Bok, Bim, Bmf, Bad, Bik, Bid, Bc1-x s , Noxa or Puma and their homologues and derivatives. Such Bc1-2 family peptides may also contain BH domains as structural features, notably the BH4 domain and the BH3 domain. These domains may serve, for example, as potential sites of interaction with anti-apoptotic substance (AAS) (eg, preferably, selective binding of the AIS to the corresponding domain of the AAS for their inactivation). Moreover, in the context of the present invention, the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) can be selected from the group of specific inhibitors or channel blockers of the Kv1.3 potassium channel of the inner mitochondrial membrane (IMM), such as margatoxin and / or shigatoxin, and their homologs and derivatives.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) ganz besonders bevorzugt derart ausgewählt und/oder beschaffen, daß sie mit den Kv1.3-Kaliumkanälen und/oder deren Homologen der inneren Mitochondrienmembranen (IMM) der betreffenden Zellen wechselwirkt bzw. interagiert und dabei die Kv1.3-Kaliumkanäle und/oder deren Homologe insbesondere blockiert bzw. inhibiert, so daß eine Apoptose der betreffenden Zellen induziert oder stimuliert wird.in the The scope of the present invention is the apoptosis-inducing and / or apoptosis stimulating substance (AIS) very particularly preferably in such a way selected and / or procure that they with the Kv1.3 potassium channels and / or their homologues of the inner mitochondrial membranes (IMM) the cells in question interacts or interacts and thereby the Kv1.3 potassium channels and / or their homologs in particular blocked or inhibited, so that apoptosis of the cells in question is induced or stimulated.
Wie zuvor geschildert, besteht eine maßgebliche Zielsetzung der vorliegenden Erfindung insbesondere darin, durch eine Wechselwirkung zwischen mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) der betreffenden Zellen einerseits und apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanzen (AIS) andererseits in diesen Zellen Apoptose zu induzieren bzw. zu stimulieren.As previously described, there is a significant objective of the present Invention in particular, by an interaction between mitochondrial potassium channels (MK) of the cells in question on the one hand and apoptosis-inducing or On the other hand, in these cells apoptosis-stimulating substances (AIS) Induce or stimulate apoptosis.
Bei dem betreffenden mitochondrialen Kaliumkanal (MK) handelt es sich vorzugsweise um einen insbesondere spannungsabhängigen Kaliumkanal, welcher in der inneren Mitochondrienmembran (IMM) lokalisiert ist. Dieser mitochondriale Kaliumkanal (MK) ist insbesondere ein Kv1.3-Kaliumkanal oder ein hierzu homologer Kaliumkanal, wie beispielsweise ein Kv1.1-Kaliumkanal, Kv1.2-Kaliumkanal, Kv1.4-Kaliumkanal oder Kv1.5-Kaliumkanal. Unter einem homologen Kaliumkanal ist erfindungsgemäß insbesonde re ein solcher Kanal zu verstehen, der hinsichtlich seiner spezifischen, insbesondere biophysikalischen Eigenschaften und seiner Sequenz mit dem mitochondrialen Kaliumkanal (MK) der inneren Mitochondrienmembran, insbesondere dem Kv1.3-Kaliumkanal, vergleichbar ist. Unter einem Kaliumkanal ist erfindungsgemäß insbesondere ein solcher Kanal zu verstehen, der gegenüber Kaliumionen zumindest im wesentlichen selektiv ist, d. h. dessen Permeabilitäts- bzw. Selektivitätsverhältnis in bezog auf Kaliumionen im Vergleich zu anderen Ionen größer als 1 ist. Kaliumkanäle können insbesondere durch Kanalblocker wie Tetraethylammoniumchlorid (TEACI) geblockt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff mitochondrialer Kaliumkanal insbesondere auf solche Kaliumkanäle, die durch spezifische Kanalblocker, wie Margatoxin (MgTx) oder Shigatoxin, inhibiert werden können, wie insbesondere Kv1.3-Kaliumkanäle.at the relevant mitochondrial potassium channel (MK) is preferably a particular voltage-dependent potassium channel, which located in the inner mitochondrial membrane (IMM). This Mitochondrial potassium channel (MK) is in particular a Kv1.3 potassium channel or a homologous potassium channel, such as a Kv1.1 potassium channel, Kv1.2 potassium channel, Kv1.4 potassium channel or Kv1.5 potassium channel. Under a homologous Potassium channel is inventively re insbesonde to understand such a channel, which in terms of its specific, in particular biophysical properties and its sequence with the mitochondrial potassium channel (MK) of the inner mitochondrial membrane, especially the Kv1.3 potassium channel. Under a Potassium channel is according to the invention in particular to understand such a channel, the potassium ions at least in the is substantially selective, d. H. whose permeability or Selectivity ratio in referred to potassium ions as larger than other ions 1 is. potassium channels can in particular by channel blockers such as tetraethylammonium chloride (TEACI) be blocked. In the context of the present invention relates the term mitochondrial potassium channel in particular to such Potassium channels, by specific channel blockers, such as Margatoxin (MgTx) or Shigatoxin, can be inhibited especially Kv1.3 potassium channels.
Ohne sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, kann die Ursache des Auslösens von Apoptose z. B. durch ein proapoptotisch wirksames Bc1-2-ähnliches Peptid unter Umständen dadurch erklärt werden, daß beispielsweise das proapoptotisch wirksame Bc1-2-ähnliche Peptid z. B. an den innermitochondrialen Kv1.3-Kaliumkanal der betreffenden Zelle bindet und dadurch diesen Kv1.3-Kaliumkanal inhibiert, so daß als Folge Zellparameter, wie beispielsweise das mitochondriale Membranpotential, derart verändert werden, daß es zum Auslösen von Apoptose kommt. Einer anderen Theorie zufolge, die bislang jedoch unter physiologischen bzw. in-vivo-Bedingungen nicht nachvollzogen werden konnte, kann z. B. ein proapoptotisch wirksames Bc1-2-ähnliches Peptid einen neuen Kanal ausbilden oder mit dem Kv1.3-Kaliumkanal oder dessen Homologen zusammen einen neuen Kanal bzw. eine neue Pore ausbilden.Without in the context of the present invention to a particular theory wanting to determine the cause of triggering apoptosis z. B. by possibly a pro-apoptotic Bc1-2-like peptide explained be that, for example the pro-apoptotic Bc1-2-like Peptide z. B. to the innermitochondrial Kv1.3 potassium channel of the relevant Cell binds and thereby inhibits this Kv1.3 potassium channel, so that as Sequence cell parameters, such as the mitochondrial membrane potential, changed so be that it to trigger comes from apoptosis. According to another theory, but so far under physiological or in vivo conditions not understood could be, for. B. a proapoptotic Bc1-2-like effective Peptide form a new channel or with the Kv1.3 potassium channel or its homologues together a new channel or a new one Training pore.
Wie zuvor ausgeführt, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) zur prophylaktischen oder kurativen Behandlung von Erkrankungen des menschlichen oder tierischen Körpers eingesetzt, bei denen eine insbesondere übermäßige Verminderung von Apoptose bzw. eine insbesondere übermäßige Erhöhung von Zellwachstum bzw. Zellteilung auftritt oder die hiermit in Zusammenhang stehen oder bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsichtigt ist. Hierbei kann es sich um akute wie chro nische Erkrankungen handeln. Die zu behandelnde Erkrankung kann beispielsweise eine Tumor- oder Krebserkrankung, insbesondere eine benigne oder maligne Tumorerkrankung, wie eine Krebserkrankung, z. B. Darmkrebs (Kolonkarzinom), Brustkrebs (Mammakarzinom), Ovarialkarzinom, Uteruskarzinom, Lungenkrebs, Magenkrebs, Leberkrebs, Pankreaskarzinom, Nierenkrebs, Blasenkrebs, Prostatakrebs, Hodenkrebs, Knochenkrebs, Hautkrebs, Kaposi-Sarkom, Hirntumor, Myosarkom, Neuroblastom, Lymphom und Leukämie, oder eine parasitäre Erkrankung, wie Leishmanose, Malaria oder Giardiasis, oder eine bakterielle Erkrankung oder eine virale Erkrankung, wie Hepatitis oder AIDS, sein.As previously stated In the context of the present invention, the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) for prophylactic or curative Treatment of diseases of the human or animal body used, where a particular excessive reduction of apoptosis or a particular excessive increase in cell growth or Cell division occurs or related or in which a therapeutically targeted apoptosis of the respective Cells is intended. These can be both acute and chronic Diseases act. For example, the disease to be treated a tumor or cancer, in particular a benign or malignant tumor disease, such as a cancer, e.g. B. colon cancer (Colon carcinoma), breast cancer (breast cancer), ovarian carcinoma, uterine carcinoma, Lung cancer, stomach cancer, liver cancer, pancreatic cancer, kidney cancer, Bladder cancer, prostate cancer, testicular cancer, bone cancer, skin cancer, Kaposi's sarcoma, brain tumor, myosarcoma, neuroblastoma, lymphoma and leukemia, or a parasitic Disease, such as leishmanosis, malaria or giardiasis, or one bacterial disease or a viral disease such as hepatitis or AIDS.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Behandlung der vorgenannten Erkrankungen durch systemische oder topische Applikation bzw. Verabreichung der apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) erfolgen. Dabei wird die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) vorteilhafterweise in einer Menge verwendet, die ausreicht, um in den betreffenden Zellen die gewünschte Wechselwirkung zwischen den mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) einerseits und apoptoseinduzierender bzw. apoptosestimulierender Substanz (AIS) andererseits zu erreichen, die ausreicht, um in den betreffenden Zellen insbesondere eine Apoptose zu induzieren bzw. zu stimulieren. Dabei sind der eigentliche Wirkort der apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) die betreffenden Zellen, also insbesondere die Zellen, in denen Apoptose induziert bzw. stimuliert werden soll, vorzugsweise die Mitochondrien bzw. die Mitochondrienmembranen, in der die zuvor beschriebenen innermitochondrialen Kaliumkanäle (MK) lokalisiert sind. Somit ist die Menge der apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) im Rahmen der vorliegenden Erfindung derart zu wählen, daß die Konzentration dieser Substanz am zuvor definierten Wirkort ausreicht, um den gewünschten Effekt zu erzielen.in the Within the scope of the present invention, the treatment of the aforementioned Diseases due to systemic or topical application or administration of the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) respectively. Here, the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating Substance (AIS) is advantageously used in an amount that is sufficient to provide in the cells the desired interaction between the mitochondrial potassium channels (MK) on the one hand and apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating Substance (AIS), on the other hand, sufficient to enter the particular cells to induce apoptosis or to stimulate. The actual site of action of the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) the relevant cells, in particular the cells in which apoptosis is induced or stimulated should be, preferably the mitochondria or the mitochondrial membranes, in which the previously described innermitochondrial potassium channels (MK) are localized. Thus, the amount of apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) in the context of the present invention to choose such that the Concentration of this substance at the previously defined site of action is sufficient to the desired Effect to achieve.
Dabei kann die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) als solche oder aber auch in Form eines entsprechenden Vorläufers, insbesondere eines Prodrugs (Propharmakons), appliziert werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem Prodrug ein Wirkstoffvorläufer zu verstehen, der (beispielsweise vor dem Hintergrund einer verbesserten Resorption, einer erhöhten Wasserlöslichkeit, eines besseren Geschmacks und/ oder einer geringeren Toxizität etc.) die eigentliche apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) erst nachfolgend im Körper bzw. in den betreffenden Zellen, z. B. durch physiologische Aktivität, insbesondere in situ, aus dem Prodrug generiert. Hierbei spielen insbesondere chemische und/oder physikalische Umwandlungen eine große Rolle. Unter einem Prodrug ist erfindungsgemäß aber nicht nur eine direkte chemische Vorläufersubstanz zu verstehen, sondern beispielsweise auch ein für die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) codierendes Gen bzw. die entsprechende Nukleotidsequenz, das bzw. die (beispielsweise im Rahmen eines gentherapeutischen Ansatzes) z. B. über geeignete Vektorsysteme in den Körper und insbesondere in die betreffenden Zellen eingebracht werden kann, wobei nachfolgend die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS), insbesondere im Rahmen einer Proteinbiosynthese, generiert wird.there may be the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) as such or else in the form of an appropriate precursor, in particular of a prodrug (prodrug). As part of the present invention is under a prodrug an active ingredient precursor too understand that (for example, against the background of an improved Absorption, increased water solubility, a better taste and / or a lower toxicity etc.) the actual apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) only in the body or in the cells in question, z. B. by physiological activity, in particular in situ, generated from the prodrug. Here are playing in particular chemical and / or physical transformations play a major role. Under a prodrug is not according to the invention only a direct chemical precursor substance but also, for example, one for the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) coding gene or the corresponding nucleotide sequence, the or the (for example in Framework of a gene therapy approach). B. via suitable vector systems in the body and in particular can be introduced into the cells in question, hereinafter the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating Substance (AIS), in particular as part of protein biosynthesis, is generated.
Die Applikation der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS) kann, je nach Art der zu behandelnden Erkrankung, systemisch und/oder topisch erfolgen, wobei die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) entsprechend üblicher Applikationsformen verabreicht werden kann. So kann die Verabreichung beispielsweise oral, lingual, sublingual, bukkal, rektal oder parenteral, also unter Umgehung des Gastro-Intestinaltraktes, wie intravenös, intraarteriell, intrakardial, intrakutan, subkutan, transdermal, intraperitoneal oder intramuskulär erfolgen. Für bestimmte Krankheiten, wie intrakranielle Tumore, kann auch eine intracerebrale und/oder intrathekale Applikation bevorzugt sein.The Application of the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating Substance (AIS) may be systemic, depending on the type of disease being treated and / or topically, wherein the apoptosis-inducing and / or apoptosis stimulating substance (AIS) according to more usual Application forms can be administered. So can the administration for example, orally, lingually, sublingually, buccally, rectally or parenterally, thus bypassing the gastrointestinal tract, such as intravenous, intraarterial, intracardiac, intracutaneously, subcutaneously, transdermally, intraperitoneally or intramuscularly. For certain Diseases, such as intracranial tumors, can also cause an intracerebral and / or intrathecal application may be preferred.
Für die erfindungsgemäße Anwendung werden die apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanzen (AIS) in bekannter Weise in die üblichen Formulierungen überführt, wie zum Beispiel Tabletten, Dragees, Pillen, Granulate, Aerosole, Sirupe, Emulsionen, Suspensionen, Lösungen, Salben, Cremes und Gele aller Art, insbesondere unter Verwendung im wesentlichen inerter und nichttoxischer, pharmazeutisch geeigneter Trägerstoffe oder Lösungsmittel. Hierbei sollten die erfindungsgemäß eingesetzten apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) vorteilhafterweise in einer therapeutisch wirksamen Konzentration vorhanden sein, d. h. in Men gen, die ausreichend sind, um am Wirkort den gewünschten Effekt der apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) zu erzielen.For the application according to the invention become the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substances (AIS) in a known manner in the usual Translated formulations, such as for example, tablets, dragees, pills, granules, aerosols, syrups, Emulsions, suspensions, solutions, Ointments, creams and gels of all kinds, in particular using Substantially inert and non-toxic, pharmaceutically acceptable excipients or solvent. In this case, the apoptosis-inducing agents used according to the invention should or apoptosis-stimulating substance (AIS) advantageously in a therapeutically effective concentration, d. H. in quantities sufficient to produce the desired effect at the site of action Effect of the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) to achieve.
Die Dosierung der apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) hängt dabei von zahlreichen Faktoren ab, wie der Art der zu behandelnden Erkrankung, dem Körpergewicht bzw. dem Applikationsweg, dem individuellen Verhalten gegenüber dem Medikament, der Formulierung, der Bioverfügbarkeit der apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS), der Resorption, der Verteilung, der Ausscheidung, der Biotransformation (Entgiftung, Aktivierung) der apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) sowie von dem Zeitpunkt bzw. Intervall, zu welchem die Verabreichung erfolgt. Eine exakte Dosierung kann beispielsweise in Verbindung mit standardisierten Studien in Bezug auf Dosis/Wirkungsbeziehungen ermittelt werden. Darüber hinaus können der apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) bzw. der Formulierung, welche die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) enthält, Trägersubstanzen ("Canier") zur Verbesserung der Bioverfügbarkeit, insbesondere zur Veränderung der Permeabilität der Blut/Hirn-Schranke, zugesetzt werden bzw. die Wirkstoffe in entsprechende Trägersysteme integriert bzw. inkorporiert sein. Insbesondere sollte die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) derart ausgewählt bzw. beschaffen und/oder sollte die Formulierung für die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) derart gestaltet sein, daß die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) vorteilhafterweise zumindest im wesentlichen selektiv in Bezug auf die betreffenden Zellen appliziert wird bzw. zur Anwendung kommt. Dies kann beispielsweise dadurch gesteuert werden, daß die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS), insbesondere durch Auswahl der apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) und/oder durch spezielle Abstimmung bzw. Konfektionierung der Formulierung, vorzugsweise zumindest im wesentlichen selektiv, zumindest überwiegend oder besonders bevorzugt nur in den betreffenden Zellen, die gewünschte Wirkung entfaltet.The dosage of the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) depends on numerous factors, such as the type of disease to be treated, the body weight or the route of administration, the individual behavior towards the drug, the formulation, the bioavailability of the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating Substance (AIS), the absorption, distribution, excretion, biotransformation (detoxification, activation) of the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) and the time or interval at which the administration takes place. For example, an exact dosage may be determined in conjunction with standardized dose-response studies. In addition, the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) or the formulation containing the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) may contain carrier substances ("canier") for improving the bioavailability, in particular for altering the permeability of the blood / brain. Barrier may be added or the active ingredients may be integrated or incorporated into corresponding carrier systems. In particular, the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) should be selected or obtained and / or the formulation should be for apoptosis Ducent or apoptosis-stimulating substance (AIS) be designed so that the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) is advantageously applied at least substantially selectively with respect to the cells in question or is used. This can be controlled, for example, by the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS), in particular by selecting the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) and / or by special matching or formulation of the formulation, preferably at least substantially selectively, at least predominantly or more preferably, only in the cells concerned, the desired effect unfolds.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Formulierungen können neben mindestens einer apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS) weitere wirksame Arzneimittel enthalten.The used in the context of the present invention formulations can in addition to at least one apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating Substance (AIS) contains other effective drugs.
Weiterhin kann gegebenenfalls auch eine Behandlung der betreffenden Zellen außerhalb des Körpers, insbesondere ex vivo, in Betracht kommen. Hierbei werden gegebenenfalls die betreffenden Zellen aus dem Körper ausgeschleust bzw. explantiert, und anschließend wird die apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) auf die betreffenden Zellen einwirken gelassen. Dann erfolgt eine (Re-)Implantation der verbliebenen Zellen in den erkrankten und/oder zu therapierenden Körper. Diese Form der Behandlung eignet sich beispielsweise dann, wenn eine mitunter toxisch wirkende apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) eingesetzt werden soll bzw. zum Erreichen des gewünschten therapeutischen bzw. prophylaktischen Effekts im Rahmen einer systemischen oder lokalen Behandlung eine derart hohe Dosis eingesetzt werden müßte, die zu unterwünschten Nebenwirkungen führen könnte. Darüber hinaus kann eine derartige ex-vivo-Behandlung dann in Betracht kommen, wenn die Bioverfügbarkeit des Wirkstoffs bei topischer oder systemischer Behandlung am Wirkort nicht ausreicht, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Die ex-vivo-Behandlung kann insbesondere zur Behandlung von Gehirnzellen in Betracht kommen, weil die sogenannte Blut/Hirn-Schranke häufig einen Übertritt des Wirkstoffs aus dem Blutkreislauf in das Gehirn verhindert. Weiterhin kann auch eine ex-vivo-Behandlung von Knochenmarkszellen in Betracht kommen.Farther may also be a treatment of the cells in question outside of the body, especially ex vivo, come into consideration. Where appropriate, where appropriate the cells in question are removed from the body or explanted, and subsequently becomes the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) on the affected cells. Then there is a (Re) implantation of the remaining cells in the diseased and / or to be treated body. This form of treatment is suitable, for example, if a sometimes toxic apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating Substance (AIS) should be used or to achieve the desired therapeutic or prophylactic effect under a systemic or local treatment such a high dose can be used that would have to to be undesirable Cause side effects could. About that In addition, such ex vivo treatment may then be considered if the bioavailability of the active ingredient in topical or systemic treatment at the site of action is not enough to the desired Effect to achieve. The ex-vivo treatment can be used in particular for Treatment of brain cells come into consideration because of the so-called Blood / brain barrier often a transfer of the drug from the bloodstream in the brain prevented. Farther may also be considered an ex-vivo treatment of bone marrow cells come.
Gemäß einem zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Induzierung und/oder Stimulation von Apoptose in Zellen, bei denen eine insbesondere übermäßige Verminderung von Apoptose und/oder eine insbesondere übermäßige Erhöhung von Zellwachstum und/oder Zellteilung auftritt oder die hiermit in Zusammenhang stehen oder bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsichtigt ist, durch Beeinflussung von mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) der betreffenden Zellen mittels apoptoseinduzierender und/oder apoptosestimulierender Substanzen (AIS), wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte beinhaltet:
- (a) Bereitstellung und/oder Auswahl einer apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS), welche derart ausgewählt und/oder beschaffen ist, daß sie durch Wechselwirkung und/oder Inter aktion mit den mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) der betreffenden Zellen eine Apoptose dieser Zellen induziert und/oder stimuliert;
- (b) Verabreichung der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS) in therapeutisch wirksamen Mengen und/oder Zufuhr der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS) zu den betreffenden Zellen in zur Erzielung des beabsichtigten Effekts ausreichenden Mengen.
- (a) Provision and / or selection of an apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS), which is selected and / or designed such that it by interaction and / or interaction with the mitochondrial potassium channels (MK) of the cells concerned an apoptosis of these Induce and / or stimulate cells;
- (b) administering the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) in therapeutically effective amounts and / or delivering the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) to the subject cells in amounts sufficient to achieve the intended effect.
Für weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen in bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Induzierung und/oder Stimulation von Apoptose in Zellen gemäß dem zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung kann auf die obigen Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Verwendung gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Gegenstand verwiesen werden, welche hier entsprechend gelten.For further Details and embodiments with respect to the inventive method for Induction and / or stimulation of apoptosis in cells according to the second The subject matter of the present invention can be applied to the above statements the use according to the invention according to the first inventive object be referred, which apply here accordingly.
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einem dritten Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur prophylaktischen und/oder kurativen Behandlung von Erkrankungen des menschlichen oder tierischen Köpers, bei denen eine insbesondere übermäßige Verminderung von Apoptose bzw. eine insbesondere übermäßige Erhöhung von Zellwachstum bzw. Zellteilung auftritt oder die hiermit in Zusammenhang stehen oder bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsichtigt ist, durch Verabreichung mindestens einer apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS) in therapeutisch wirksamen Mengen, wobei die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) derart ausgewählt bzw. beschaffen ist, daß sie durch Wechselwirkung bzw. Interaktion mit mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) (z. B. Kv1.3-Kaliumkanälen und/oder Homologen) der betreffenden Zellen eine Apoptose dieser Zellen induziert und/oder stimuliert. Für weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen in bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren zur prophylaktischen und/oder kurativen Behandlung von Erkrankungen des menschlichen oder tierischen Körpers, bei denen eine insbesondere übermäßige Verminderung von Apoptose bzw. eine insbesondere übermäßige Erhöhung von Zellwachstum bzw. Zellteilung auftritt oder die hiermit in Zusammenhang stehen oder bei denen eine therapeutisch gezielte Apoptose der betreffenden Zellen beabsich tigt ist, kann auf die obigen Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Verwendung gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Gegenstand verwiesen werden, welche hier entsprechend gelten.Furthermore, the present invention according to a third aspect of the present invention relates to a method for the prophylactic and / or curative treatment of diseases of the human or animal body, in which a particular excessive reduction of apoptosis or a particular excessive increase in cell growth or cell division occurs or which are associated therewith or in which a therapeutically targeted apoptosis of the cells in question is intended by administering at least one apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) in therapeutically effective amounts, wherein the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) is selected such or is designed to induce and / or stimulate apoptosis of these cells by interaction or interaction with mitochondrial potassium channels (MK) (eg, Kv1.3 potassium channels and / or homologs) of the subject cells. For further details and embodiments relating to the inventive method for the prophylactic and / or curative treatment of diseases of the human or animal body, in which a particular excessive reduction of apoptosis or a particular excessive increase of cell growth or cell division occurs or hereby in Related or where a therapeutically targeted Apo ptose the relevant cells is intended, reference may be made to the above statements on the use according to the invention according to the first article of the invention, which apply here accordingly.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung – gemäß einem vierten Ge enstand der vorliegenden Erfindung – ein Verfahren zur Auffindung bzw. Identifizierung einer apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS), welche derart beschaffen ist, daß sie durch Wechselwirkung und/oder Interaktion mit mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) der betreffenden Zellen eine Apoptose dieser Zellen induziert und/oder stimuliert, wobei das Verfahren durch die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:
- (a) Bereitstellung eines geeigneten Testsystems, mit dem die Wechselwirkung zwischen apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanzen (AIS) einerseits und mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) andererseits erfaßt werden kann;
- (b) Einwirkenlassen der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS) oder eines entsprechenden Vorläufers auf das in Verfahrensschritt (a) bereitgestellte Testsystem;
- (c) Auswertung mit geeigneten, an das jeweilige Testsystem angepaßten Methoden, insbesondere in Bezug auf das Vorliegen einer Wechselwirkung und/oder Interaktion von apoptoseinduzierender und/oder apoptosestimulierender Substanz (AIS) oder entsprechendem Vorläufer einerseits und Testsystem andererseits.
- (a) provision of a suitable test system with which the interaction between apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substances (AIS) on the one hand and mitochondrial potassium channels (MK) on the other hand can be detected;
- (b) exposing the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) or a corresponding precursor to the test system provided in method step (a);
- (c) Evaluation with suitable methods adapted to the respective test system, in particular with regard to the presence of an interaction and / or interaction of apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) or corresponding precursor on the one hand and test system on the other hand.
Gemäß einer ersten Ausführungsform kann das in Verfahrensschritt (a) bereitgestellte Testsystem mindestens einen Kaliumkanal aufweisen, der sich gegebenenfalls in einer künstlichen oder natürlichen Membran befindet. Die Membran kann dabei insbesondere eine Lipiddoppelschicht darstellen, und der zu untersuchende Kaliumkanal kann insbesondere ein spannungsabhängiger Kaliumkanal, insbesondere ein Kv1.3-Kaliumkanal oder ein hierzu homologer Kaliumkanal, wie beispielsweise ein Kv1.1-Kaliumkanal, Kv1.2-Kaliumkanal, Kv1.4-Kaliumkanal oder Kv1.5-Kaliumkanal, sein. Diesbezüglich kann auf obige Ausführungen verwiesen werden, die hier entsprechend gelten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können bei dieser Ausführungsform die zu untersuchenden mitochondrialen Kaliumkanäle einerseits di rekt aus solchen Zellen isoliert werden, in denen mitochondriale Kaliumkanäle (MK) natürlich bzw. endogen vorkommen, oder andererseits aus solchen Zellen isoliert werden, die im Rahmen eines Expressionssystems mitochondriale Kaliumkanäle, insbesondere nach erfolgter Injektion von Vorläufersubstanzen (wie DNA, cDNA, mRNA etc.), insbesondere in ihrer Membran funktional exprimieren, wie insbesondere Xenopus-Oocyten, CTLL-2-Zellsysteme oder C8166 B-Lymphocyten ("C8166-Zellsystem(e)"). Im Rahmen spezieller Ausgestaltungsformen des Testsystem werden insbesondere natürliche oder künstliche Membranen verwendet, die mitochondriale Kaliumkanäle (MK) als funktionellen Bestandteil enthalten. Dazu zählen beispielsweise mitochondriale Membranen und insbesondere die inneren Mitochondrienmembranen (IMM), aber auch zelluläre Membranen, die mitochondriale Kaliumkanäle im Rahmen eines natürlichen Expressionsystems, insbesondere nach Injektion mit entsprechenden Vorläufersubstanzen, enthalten, wie beispielsweise die Zellmembranen von Xenopus-Oocyten, Membranen eines CTLL-2-Zellsystems oder eines C8166-Zellsystems.According to one first embodiment the test system provided in method step (a) can be at least have a potassium channel, which may be in an artificial or natural Membrane is located. The membrane may in particular be a lipid bilayer In particular, the potassium channel to be examined may be a voltage-dependent Potassium channel, in particular a Kv1.3 potassium channel or a thereto homologous potassium channel, such as a Kv1.1 potassium channel, Kv1.2 potassium channel, Kv1.4 potassium channel or Kv1.5 potassium channel. In this regard, can on above be referred to, which apply here accordingly. In the context of the present invention can in this embodiment the mitochondrial potassium channels to be examined on the one hand directly from such Cells are isolated in which mitochondrial potassium channels (MK) of course or endogenous, or otherwise isolated from such cells be in the context of an expression system mitochondrial potassium channels, in particular after injection of precursors (such as DNA, cDNA, mRNA etc.), in particular functionally expressed in their membrane, in particular Xenopus oocytes, CTLL-2 cell systems or C8166 B lymphocytes ( "C8166 cell system (s)"). In the context of special Embodiments of the test system are in particular natural or artificial Membranes using mitochondrial potassium channels (MK) as a functional ingredient. These include, for example, mitochondrial Membranes and in particular the inner mitochondrial membranes (IMM), but also cellular Membranes containing mitochondrial potassium channels under a natural Expression system, especially after injection with appropriate precursors, such as the cell membranes of Xenopus oocytes, Membranes of a CTLL-2 cell system or a C8166 cell system.
Weiterhin können im Rahmen der vorliegenden Erfindung künstliche Membranen verwendet werden, in denen isolierte mitochondriale Kaliumkanäle (MK) rekonstituiert werden. Künstliche Membranen können mit Hilfe entsprechender Standardmethoden hergestellt werden, sie besitzen eine definierte Lipidzusammensetzung, wobei natürlich vorkommende Lipide, wie Palmitoyloleoylphosphatidylcholin und/oder Dioleoylphospatidylethanolamin, bzw. natürliche Lipidgemische, wie Asolectin oder künstliche Lipide, also solche Lipide, die nicht in natürlichen Membranen vorkommen, verwendet werden können.Farther can artificial membranes are used in the context of the present invention, in which isolated mitochondrial potassium channels (MK) are reconstituted. artificial Membranes can be prepared using appropriate standard methods, they have a defined lipid composition, being naturally occurring Lipids, such as palmitoyloleoylphosphatidylcholine and / or dioleoylphosphatidylethanolamine, or natural Lipid mixtures, such as asolectin or artificial lipids, ie those Lipids that are not in natural membranes occur, can be used.
Natürliche Membranen, die mitochondriale Kaliumkanäle (MK) enthalten, können sowohl als intakte Membranen eines zellulären Systems, wie insbesondere Mitochondrien und/oder Mitoplasten, oder als Membranfragmente verwendet werden.Natural membranes, the mitochondrial potassium channels (MK) can both as intact membranes of a cellular system, in particular Mitochondria and / or mitoplasts, or used as membrane fragments become.
In Verfahrensschritt (c) kann die Auswertung bzw. Analyse einer möglichen Interaktion von apoptoseinduzierender und/oder apoptosestimulierender Substanz (AIS) oder einem entsprechenden Vorläufer einerseits und dem Testsy stem, insbesondere den mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) andererseits mittels verschiedener Meßmethoden erfolgen.In Process step (c) may be the evaluation or analysis of a possible Interaction of apoptosis inducing and / or apoptosis stimulating substance (AIS) or a corresponding precursor on the one hand and the Testy system, in particular the mitochondrial potassium channels (MK) on the other hand by means different measuring methods respectively.
Hierzu zählen insbesondere immunologische Nachweisreaktionen, wie z. B. Immunblotting, wobei Proteine, mitochondriale Kaliumkanäle (MK) und/oder die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) elektrophoretisch aufgetrennt werden, insbesondere mittels SDS-PAGE (Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamidgelelektrophorese), und auf eine immobilisierende Matrix, beispielsweise ein Nitrocellulose-Filter, z. B. durch Elektrotransfer, übertragen werden. Anschließend kann eine immunologische Nachweisreaktion erfolgen, z. B. durch enzym- und/oder farbstoffmarkierte spezifische und/oder unspezifische (primäre und/oder sekundäre) Antikörper, mit der eine Interaktion von mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) einerseits und apoptoseinduzierender bzw. apoptosestimulierender Substanz (AIS) andererseits nachgewiesen werden kann. Beispielsweise kann die Wechselwirkung bzw. Interaktion zwischen mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) einerseits und apoptoseinduzierender bzw. apoptosestimulierender Substanz (AIS) andererseits auch durch Coimmunpräzipitationsstudien analysiert bzw. erfaßt werden. Beispielsweise können in solchen Untersuchungen, insbesondere bei Einsatz eines Kv1.3-Kaliumkanals, z. B. kommerziell erhältliche anti-Kv1.3-Antikörper (insbesondere Antikörper, die aus Immunisierungen mit an GST-(Glutathion-S-transferase)-gekoppelten Kv1.3-Kaliumkanälen stammen) verwendet werden. Nach Immunpräzipitation der Kv1.3-Kanäle können die Präzipitate dann beispielsweise mittels Westernblot-Analysen und z. B. mit in bezug auf die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) spezifischen Antikörpern analysiert bzw. erfaßt werden. Darüber hinaus können auch Fusionsproteine der apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS), die insbesondere durch eine Fusion (Kopplung) mit dem GST-Protein erhalten werden können, eingesetzt werden.These include in particular immunological detection reactions such. B. immunoblotting, wherein proteins, mitochondrial potassium channels (MK) and / or the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) are separated by electrophoresis, in particular by SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis), and on an immobilizing matrix, such as a nitrocellulose filter , z. B. by electrotransmission. Subsequently, an immunological detection reaction can take place, for. B. by enzyme and / or dye-labeled specific and / or unspecific (primary and / or secondary) antibodies, with an interaction of mitochondrial potassium channels (MK) on the one hand and apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) on the other hand are detected can. For example, the interaction or interaction between mitochondrial potassium channels (MK) on the one hand and apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) on the other hand can also be analyzed or detected by coimmunoprecipitation studies. For example, in such studies, in particular when using a Kv1.3 potassium channel, z. For example, commercially available anti-Kv1.3 antibodies (especially antibodies derived from immunizations with GST (glutathione-S-transferase) -coupled Kv1.3 potassium channels) can be used. After immunoprecipitation of the Kv1.3 channels, the precipitates can then be analyzed, for example by Western blot analysis and z. B. with respect to the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) specific antibodies are analyzed or detected. In addition, it is also possible to use fusion proteins of the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS), which can be obtained in particular by a fusion (coupling) with the GST protein.
Weiterhin kann eine derartige Interaktion beispielsweise auch über physikalisch-technische Nachweismethoden erfolgen, wie beispielsweise durch eine kristallographische Röntgenstrukturanalyse.Farther For example, such an interaction can also take place via physical-technical detection methods carried out, such as by a crystallographic X-ray structure analysis.
In bezug auf die in natürlichen oder künstlichen Membransystemen vorhandenen mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) kann eine Interaktion zwischen diesen einerseits und apoptoseinduzierender bzw. apoptosestimulierender Substanz (AIS) andererseits neben physikalischen und/oder chemischen Nachweismethoden auch mittels elektrophysiologischer Meßmethoden zur Bestimmung biophysikalischer Parameter untersucht werden. Hierzu zählen insbesondere die Patch-clamp-Methode und elektrophysiologische Untersuchungen an planaren Lipidmembranen, wobei insbesondere im Rahmen von Einzel- oder Vielkanalexperimenten eine Analyse elektrophysiologischer Kanalparameter, wie Ionenselektivität und/oder Kanalkinetik, wie z. B. Kanalleitwert, Kanaloffenzeit, Offenwahrscheinlichkeit des Kanals, insbesondere unter Einwirkung der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS), erfolgen kann. Hierzu kann beispielsweise eine transmembrane Potentialdifferenz aufgebaut sein, insbesondere durch Anlegen einer externen Spannung und/oder durch Verwendung verschiedener (z. B. asymmetrischer) Innenkonzentrationen in bezug auf die entsprechenden Membranseiten. Im Rahmen der Patch-clamp-Methode können die Messungen in verschiedenen Modi durchgeführt werden, insbesondere im Cell-attached-, Inside-out-Modus oder im Whole-cell- bzw. Inside-out-Modus. Insbesondere können Patch-clamp-Analysen an isolierten Mitochondrien, insbesondere an Kv1.3-positiven Mitochondrien, die beispielsweise aus insbesondere transfizierten CTLL-2 und/oder C8166-Zellsystemen stammen, beispielsweise im Mitoplast-attached-Modus, durchgeführt werden. Dabei können den Versuchsansätzen apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanzen (AIS) zugegeben werden, und es kann deren mögliche Einflußnahme insbesondere auf die funktionellen Eigenschaften der mitochondrialen Kaliumkanäle (MK), wie beispielsweise Kanalleitwert, Kanaloffenzeit und Offenwahrscheinlichkeit des Kanals, analysiert werden. Insbesondere kann beispielsweise eine Blockierung bzw. Inhibierung des mitochondrialen Kaliumkanals durch die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS), die z. B. zu Änderungen der Kanalkinetik (beispielsweise geringere Kanaloffenzeit, geringerer Kanalleitwert etc.) und zu einer Veränderung des Membranpotentials führen kann, mit den zuvor beschriebenen Methoden eindeutig nachgewiesen werden.In in terms of natural or artificial Membrane systems of existing mitochondrial potassium channels (MK) can an interaction between these on the one hand and apoptosis-inducing or apoptosis stimulating substance (AIS) on the other hand in addition to physical and / or chemical detection methods also by means of electrophysiological measurement methods to determine biophysical parameters. For this count in particular the patch-clamp method and electrophysiological examinations on planar lipid membranes, in particular in the context of individual or multi-channel experiments an analysis of electrophysiological channel parameters, like ion selectivity and / or channel kinetics, such as. B. channel conductance, open channel, Open probability of the channel, especially under influence the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS). For this purpose, for example, a transmembrane Potential difference to be constructed, in particular by applying an external Voltage and / or by using different (eg asymmetric) Internal concentrations with respect to the corresponding membrane sides. As part of the patch-clamp method, the measurements in different Modes are performed especially in the cell-attached, Inside-out mode or in whole-cell or inside-out mode. Especially can patch-clamp analyzes on isolated mitochondria, in particular on Kv1.3-positive mitochondria, for example, in particular transfected CTLL-2 and / or C8166 cell systems, for example in the mitoplast-attached mode, carried out become. It can the experimental approaches apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substances (AIS) be added, and it may be their possible influence in particular the functional properties of mitochondrial potassium channels (MK), such as channel conductance, channel open time and probability of open Channels, to be analyzed. In particular, for example, a Blocking or inhibiting the mitochondrial potassium channel the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS), the z. B. to changes the channel kinetics (for example lower channel open time, lower Channel conductance, etc.) and to a change in the membrane potential to lead can be clearly detected by the methods described above become.
Darüber hinaus kann eine Veränderung der Kanalkinetik, die eine Änderung des Membranpotentials zur Folge haben kann, auch über spannungsabhängige Farbstoffe nachvollzogen werden, die mit der Membran assoziiert sein können und die bei einem bestimmten Membranpotential ihre Affinität zur Membran verringern und von der Membran abgelöst werden, wie beispielsweise 3,3'-Dihexyloxacarbocyaniniodid ("DioC6(3)").In addition, a change in the channel kinetics, which may result in a change in membrane potential, can also be reconstructed via voltage-dependent dyes which may be associated with the membrane and which, at a certain membrane potential, reduce their affinity for the membrane and are detached from the membrane. such as 3,3'-dihexyloxacarbocyanine iodide ("DioC 6 (3)").
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung kann das Testsystem zusätzlich mindestens eine antiapoptotische Substanz (AAS) enthalten, die im Rahmen eines weiteren Verfahrensschritt dem Testsystem z. B. zwischen den Verfahrensschritten (a) und (b) bzw. zwischen den Verfahrensschritten (b) und (c) zugeführt werden kann und die auf das Testsystem einwirken gelassen wird. Dabei kann eine Wechselwirkung der antiapoptotischen Substanz (AAS) mit der apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanz (AIS) und/oder den mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) zu weiteren Änderung von Systemparametern führen, die anhand der oben genannten Methoden analysiert werden können, so daß auf diese Weise sichergestellt werden kann, daß die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) auch in Anwesenheit einer antiapoptotischen Substanz (AAS) (noch) wirksam ist.According to one special design, the test system additionally at least one anti-apoptotic Substance (AAS) contained in the context of a further process step the test system z. B. between process steps (a) and (b) or between the process steps (b) and (c) are supplied can and which is left on the test system. It can an interaction of the antiapoptotic substance (AAS) with the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) and / or the mitochondrial potassium channels (MK) to further change lead from system parameters, which can be analyzed by the above methods, so that on This way it can be ensured that the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substance (AIS) even in the presence of a anti-apoptotic substance (AAS) is (still) effective.
In einer zweiten, alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Identifizierungs- bzw. Auffindungsverfahrens beinhaltet das in Verfahrensschritt (a) bereitgestellte Testsystem ein Expressionssystem, wobei das Expressionssystem einerseits eine Nukleotidsequenz (I), welche insbesondere für einen mitochondrialen Kaliumkanal (MK) codiert, und andererseits eine Nukleotidsequenz (II), die insbesondere für eine apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) codiert, aufweist. In Verfahrensschritt (c) kann dann die Interaktion der Genprodukte (Proteine) der Nukleotidsequenzen (I) und (II), insbesondere des mitochondrialen Kaliumkanals (MK) und der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS), mit Hilfe einer der oben angeführten Methoden, insbesondere über immunologische oder physikalisch-chemische Methoden erfaßt werden.In a second, alternative embodiment of the identification or discovery method according to the invention, the test system provided in method step (a) comprises an expression system, wherein the expression system on the one hand a nucleotide sequence (I), which in particular codes for a mitochondrial potassium channel (MK), and on the other hand, a nucleotide sequence (II), which in particular encodes an apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS). In process step (c), the Interak tion of the gene products (proteins) of the nucleotide sequences (I) and (II), in particular the mitochondrial potassium channel (MK) and the apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating substance (AIS), using one of the above-mentioned methods, in particular via immunological or physico-chemical Methods are detected.
In einer weiteren Ausgestaltung dieser zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auffindungs- bzw. Identifizierungsverfahrens können die Nukleotidsequenzen (I) und (II) zu Zwecken der in Verfahrensschritt (c) durchzuführenden Auswertung außerdem jeweils mindestens einen Bereich aufweisen, der jeweils für mindestens eine Proteindomäne codiert, welche sich zur Verwendung im Rahmen einer geeigneten Nachweismethode, insbesondere im Rahmen eines Two-Hybridsystems, eignet. Dabei ist mindestens eine Proteindomäne eine sogenannte DNA-bindende Domäne und mindestens eine weitere Proteindomäne eine Aktivierungsdomäne, wobei die DNA-bindende Domäne einerseits und die Aktivierungsdomäne andererseits an verschiedene Proteine gebunden sind. So kann beispielsweise die DNA-bindende Domäne an das Protein gebunden sein, das von der Nukleotidsequenz (I) codiert wird, also z. B. an den mitochondrialen Kaliumkanal (MK), oder es kann an die apoptoseinduzierende und/oder apoptosestimulierende Substanz (AIS) (Nukleotidsequenz II) gebunden sein.In a further embodiment of this second embodiment of the invention or identification method, the nucleotide sequences (I) and (II) for the purposes of in step (c) to be performed Evaluation as well each have at least one area, each for at least encodes a protein domain, which are suitable for use in a suitable detection method, especially in the context of a two-hybrid system. It is at least a protein domain a so-called DNA-binding domain and at least one further protein domain an activation domain, wherein the DNA-binding domain on the one hand and the activation domain on the other hand to different Proteins are bound. For example, the DNA-binding domain be bound to the protein encoding the nucleotide sequence (I) is, so z. B. to the mitochondrial potassium channel (MK), or it may be due to the apoptosis-inducing and / or apoptotic-stimulating Substance (AIS) (nucleotide sequence II) be bound.
Im Rahmen des Two-Hybridsystems werden insbesondere Hefezellen mit entsprechenden Vektoren cotransfiziert, wobei beispielsweise ein erster Vektor die Nukleotidsequenz (I) und die Nukleotidsequenz der DNA-bindenden Domäne aufweist und ein zweiter Vektor entsprechend die Nukleotidsequenz (II) und die für die Aktivierungsdomäne codierende Nukleotidsequenz aufweist. Die DNA-bindende Domäne sowie die Aktivierungsdomäne stellen funktionale Bestandteile eines Hefe-Transkriptionsaktivators dar, für dessen Funktion beide Domänen essentiell sind. Dabei funktioniert die Transkriptionsaktivierung aber auch, wenn beide Domänen auf verschiedenen Proteinen lokalisiert sind, solange sie in nahen Kontakt gebracht werden. Dies bedeutet, daß bei einer Interaktion der Proteine, die von der Nukleotidsequenz (I) bzw. (II) codiert werden, die DNA-bindende Domäne sowie die Aktivierungsdomäne in Kontakt gebracht werden und somit eine Transkriptionsaktivierung eines bestimmten Reportergens erfolgen kann. Als Transkriptionsaktivator kann insbesondere der GAL4-Hefetranskriptionsaktivator verwendet werden. Das aktivierte Reportergen ist dann z. B. das Lac-Z-Reportergen. Eine Aktivierung dieses Gens führt zur Synthese von β-Galactosidase, welche die Substanz X-Gal (5-Brom-4-chlor-3-indolyl-β-D-galactosid) in Galactose und den blauen Farbstoff 5-Bromo-4-chlor-3-indol enzymatisch umsetzt. Hieraus folgt, daß eine Interaktion der entsprechenden Proteine und folglich eine Interaktion zwischen mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) einerseits und apoptoseinduzierender und/oder apoptosestimulierender Substanz (AIS) andererseits dann anhand einer Blaufärbung der entsprechenden Kolonien zu erkennen ist. Beispielweise kann zur Untersuchung der Wechselwirkung bzw. Interaktion zwischen mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) einerseits und apoptoseinduzierender und/oder apoptosestimulierender Substanz (AIS) andererseits auch ein mammalisches Two-Hybridsystem eingesetzt werden; ein derartiges System bietet den Vorteil, daß unter Umständen als fälschlicherweise positiv erfaßte Proteininteraktionen in einem geringeren Maß als im Fall von Two-Hybridsystemen auf Hefezellenbasis auftreten.in the In particular, yeast cells are part of the framework of the two-hybrid system cotransfected corresponding vectors, for example, a first vector the nucleotide sequence (I) and the nucleotide sequence the DNA-binding domain and a second vector corresponding to the nucleotide sequence (II) and the for the activation domain having coding nucleotide sequence. The DNA-binding domain as well the activation domain represent functional components of a yeast transcriptional activator represents, for its function is both domains are essential. The transcriptional activation works here but also if both domains localized on different proteins as long as they are in close contact to be brought. This means that in an interaction of the Proteins encoded by the nucleotide sequence (I) or (II), the DNA-binding domain as well as the activation domain be contacted and thus a transcriptional activation a specific reporter gene can be done. As a transcriptional activator In particular, the GAL4 yeast transcriptional activator can be used. The activated reporter gene is then z. For example, the Lac-Z reporter gene. Activation of this gene leads for the synthesis of β-galactosidase, which the substance X-Gal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactoside) in galactose and the blue dye 5-bromo-4-chloro-3-indole enzymatically implements. It follows that a Interaction of the corresponding proteins and consequently an interaction between mitochondrial potassium channels (MK) on the one hand and apoptosis-inducing ones on the other and / or apoptosis-stimulating substance (AIS) on the other hand then based on a blue coloration the corresponding colonies can be seen. For example to study the interaction or interaction between mitochondrial potassium channels (MK) on the one hand and apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating Substance (AIS) on the other hand also a mammalian two-hybrid system be used; Such a system offers the advantage that under circumstances as wrong positively detected Protein interactions to a lesser extent than in the case of two-hybrid systems occur on yeast cell basis.
Insbesondere können für die Analyse der in-vivo-Bedeutung der Wechselwirkung bzw. Interaktion zwischen mitochondrialen Kaliumkanälen (MK) einerseits und apoptoseinduzierender und/oder apoptosestimulierender Substanz (AIS) andererseits physiologische Modelle, wie z. B. Knock-out-Mäuse, insbesondere in bezug auf die apoptoseinduzierende bzw. apoptosestimulierende Substanz (AIS) und/oder die antiapoptotische Substanz (AAS) defiziente Mäuse, verwendet werden. Hierbei kann beispielsweise eine Induzierung von Apoptose insbesondere anhand der Abnahme von CD-4-positiven Zellen, des Auftretens von Apoptose im Knochenmark, der Abnahme der peripheren Leukocytenzahlen, der Freisetzung von LDH (Laktatdehydrogenase) etc. erfaßt bzw. gemessen werden.Especially can for the Analysis of the in vivo importance of interaction or interaction between mitochondrial potassium channels (MK) on the one hand and apoptosis-inducing ones on the other and / or apoptosis-stimulating substance (AIS), on the other hand, physiological Models, such. B. knock-out mice, in particular with respect to the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating Substance (AIS) and / or the anti-apoptotic substance (AAS) deficient mice be used. Here, for example, an induction of Apoptosis, in particular by means of the decrease of CD-4 positive cells, the occurrence of apoptosis in the bone marrow, the decrease in peripheral Leukocyte counts, the release of LDH (lactate dehydrogenase) etc. detected or measured.
Das Verfahren zur Auffindung und/oder Identifizierung apoptoseinduzierender bzw. apoptosestimulierender Substanzen (AIS) kann im Rahmen eines vorzugsweise automatisierten Screeningverfahrens, insbesondere eines High-Throughput-Screenings (HTS), durchgeführt werden, wobei im Rahmen dieses automatisierten Screeningsystems ein hoher Durchsatz an Proben ermöglicht wird. Weiterhin können die apoptoseinduzierenden bzw. apoptosestimulierenden Substanzen (AIS) oder ihre entsprechenden Vorläufer aus einer entsprechenden Substanzbibliothek (Substanzbank) bereitgestellt werden, wobei es sich hierbei insbesondere um eine Protein- oder Genbibliothek ("Protein- bzw. Genbank") handeln kann.The Method of finding and / or identifying apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substances (AIS) can be used as part of a preferably automated screening method, in particular one High-throughput screening (HTS), performed being used as part of this automated screening system a high throughput of samples is possible. Furthermore, the apoptosis-inducing or apoptosis-stimulating substances (AIS) or their corresponding precursors provided from a corresponding substance library (substance bank) which is in particular a protein or gene library ("Protein or gene bank") can act.
Weitere Ausgestaltungen, Abwandlungen, Variationen und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres erkennbar und realisierbar, ohne daß er dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verläßt.Further Embodiments, modifications, variations and advantages of the present Invention are for the person skilled in the art readily discernible when reading the description and realizable without him while leaving the scope of the present invention.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele veranschaulicht, welche die vorliegende Erfindung jedoch keinesfalls beschränken.The present invention is illustrated by the following embodiments, which, however, by no means limit the present invention.
Methoden:methods:
Zellkultur:Cell Culture:
Die Zellen wurden in RPMI-1640 angezogen, das mit 10 % fötalem Kälberserum, 10 mM HEPES (pH 7,4), 2 mM L-Glutamin, 1 mM Natriumpyruvat, 100 μM nichtessentiellen Aminosäuren, 100 Units (U)/ml Penicillin, 100 μg/ml Streptomycin (Life Technologies) und 50 μM β-Mercaptoethanol ergänzt war. Murines Interleukin-2 (IL-2) (4 U/ml, Roche) wurde den CTLL-2-Zellen (ATCC, VA, USA) alle 2 Tage gegeben. CTLL-2-Zellen wurden mittels Elektroporation mit jeweils 40 μg pJK/Kv1.3- bzw. pJK-Plasmid transfiziert und in 800 μg/ml G418 kultiviert, um stabil transfizierte Zellen zu erhalten. Sämtliche Experimente wurden mit einer gemischten Population transfizierter Zellen durchgeführt, wodurch eine Selektion bestimmter Klone vermieden wurde. Zudem wurden sämtliche Kulturen nach einer Wachstumsphase von 4 Wochen aus gefrorenen Stammansätzen wieder eingesetzt, um eine Selektion bestimmter Klone zu vermeiden. IL-2 wurde vor den Experimenten entfernt, um eine Wechselwirkung von IL-2 mit proapoptotischen Stimulantien zu vermeiden. Zu diesem Zweck wurden die Zellen in 132 mM NaCl, 20 mM HEPES (pH 7,4), 5 mM KCl, 1 mM CaCl2, 0,7 mM MgCl2, 0,8 mM MgSO4 (H/S), das mit 500 mM Glycin (pH 5,0) ergänzt wurde, gewaschen. Nach dem Waschen wurden die Zellen zur Erholung 3 Stunden in ein IL-2-freies Zellkulturmedium gegeben. Unter den entsprechenden Bedingungen und Zeitverläufen führte die Entfernung von IL-2 nicht zu einer signifikanten Apoptose (5±3 % Todesrate 12 Stunden nach IL-2-Entfernung).The cells were grown in RPMI-1640 supplemented with 10% fetal calf serum, 10 mM HEPES (pH 7.4), 2 mM L-glutamine, 1 mM sodium pyruvate, 100 μM nonessential amino acids, 100 units (U) / ml penicillin, 100 μg / ml streptomycin (Life Technologies) and 50 μM β-mercaptoethanol. Murine interleukin-2 (IL-2) (4 U / ml, Roche) was added to the CTLL-2 cells (ATCC, VA, USA) every 2 days. CTLL-2 cells were transfected by electroporation with 40 μg each of pJK / Kv1.3 and pJK plasmids, respectively, and cultured in 800 μg / ml G418 to obtain stably transfected cells. All experiments were performed on a mixed population of transfected cells, avoiding selection of particular clones. In addition, all cultures were re-used after a 4-week growth period from frozen stocks to avoid selection of specific clones. IL-2 was removed prior to the experiments to avoid interaction of IL-2 with pro-apoptotic stimulants. For this purpose, the cells were washed in 132 mM NaCl, 20 mM HEPES (pH 7.4), 5 mM KCl, 1 mM CaCl 2 , 0.7 mM MgCl 2 , 0.8 mM MgSO 4 (H / S) with 500 mM glycine (pH 5.0) was added. After washing, the cells were placed in an IL-2-free cell culture medium for recovery for 3 hours. Under the appropriate conditions and time courses, IL-2 removal did not result in significant apoptosis (5 ± 3% death rate 12 hours after IL-2 removal).
Bax-Transfektion:Bax-transfection:
206 × CTLL-2/pJK- bzw. CTLL-2/Kv1.3-Zellen wurden mit 10 μg eines Expressionsvektors für ein GFP-markiertes Aktin und 50 μg pcDNA-Bax cotransfiziert. Die Zellen wurden bei 400 V mit 5 Pulsen, die jeweils 3 ms betrugen, elektroporiert und für 16 Stunden rekultiviert. Abgestorbene Zellen wurden mittels eines Ficoll-Gradienten entfernt und die Zellen wurden für weitere 30 Stunden kultiviert. Die Zellkultivierung wurde wie oben beschrieben in Gegenwart von IL-2 durchgeführt. Zur Feststellung einer Baxinduzierten Apoptose wurden die Zellen wie oben angeführt in H/S gewaschen, das mit 500 mM Glycin ergänzt wurde, um IL-2 von den Zellen zu entfernen. Anschließend wurden die Zellen zweimal in H/S gewaschen und in normalem Zellkulturmedium (ohne IL-2) für 12 Stunden kultiviert. Transfizierte Zellen wurden über eine Expression des GFP-markierten Aktins identifiziert, wobei der FITC-Kanal eines Floureszenzmikroskops verwendet wurde. Diese Zellen wurden auf Bindung von Cy3-Annexin untersucht, um Apoptose festzustellen. Kontrollexperimente mit Propidiumiodid schlossen nekrotische Zellen aus.Twenty 6 × CTLL-2 / pJK or CTLL-2 / Kv1.3 cells were cotransfected with 10 μg of an expression vector for a GFP-labeled actin and 50 μg pcDNA-Bax. The cells were electroporated at 400 V with 5 pulses, each for 3 ms, and recultivated for 16 hours. Dead cells were removed by a Ficoll gradient and the cells were cultured for an additional 30 hours. Cell culture was performed as described above in the presence of IL-2. To determine Bax-induced apoptosis, cells were washed in H / S as above, supplemented with 500 mM glycine to remove IL-2 from the cells. Subsequently, the cells were washed twice in H / S and cultured in normal cell culture medium (without IL-2) for 12 hours. Transfected cells were identified via expression of GFP-labeled actin using the FITC channel of a fluorescence microscope. These cells were tested for binding of Cy3-annexin to detect apoptosis. Control experiments with propidium iodide excluded necrotic cells.
Patch-clamp-Experimente:Patch-clamp experiments:
Whole-cell-Ströme (Ganzzellströme) wurden mit einem EPC-7-Verstärker (List) aufgenommen (Filterung: 1 kHz, Leserate (Samplingrate): 5 kHz). Leckströme wurden nicht abgezogen. Die Badlösung enthielt 150 mM NaCl, 5 mM KCl, 2,5 mM CaCl2, 1 mM MgCl2, 10 mM HEPES (pH 7,3). Die intrazelluläre Lösung enthielt 134 mM KCl, 1 mM CaCl2, 2 mM MgCl2, 10 mM EGTA, 10 mM HEPES (pH 7,3). Mitoplasten wurden mittels osmotischen Schocks isolierter Mitochondrien in 30 mM Tris/HCl (pH 7,4) hergestellt. Die Mitoplasten wurden anschließend in 134 mM KCl, 2 mM MgCl2, 1 mM CaCl2, 10 mM EGTA, 10 mM HEPES (pH 7,3) äquilibriert. Zellen mit einem Durchmesser von 2-3 μm wurden mittels Videomikroskopie selektiert. Gigaseals (Gigaohm-Abdichtungen) wurden auf der Membran hergestellt. Die Daten wurden mit einer Leserate von 10 kHz aufgenommen und mit 200 Hz gefiltert. Die Ströme wurden unter asymmetrischen [K+]-Bedingungen in einer Badlösung mit 134 mM KCl, 1 mM CaCl2, 2 mM MgCl2, 10 mM EGTA, 10 mM HEPES/K+ (pH 7,3) und einer Pipettenlösung mit 50 mM KCl, 84 mM NaCl, 1 mM CaCl2, 2 mM MgCl2, 10 mM EGTA, 10 mM HEPES/K+ (pH 7,3) aufgenommen. Einige Experimente wurden unter symmetrischen [K+]-Bedingungen mit 114 mM K-Glukonat, 20 mM KCl, 1 mM CaCl2, 2 mM MgCl2, 10 mM EGTA, 10 mM HEPES/K+ (pH 7,3) durchgeführt. In den entsprechend gekennzeichneten Patch-clamp-Experimenten wurde MgTx mit einer Konzentration von 2 nM und Charybdotoxin mit einer Konzentration von 50 nM eingesetzt (beide Toxine stammen von Alamone Labs, Israel).Whole-cell currents (whole cell currents) were recorded with an EPC-7 amplifier (List) (filtering: 1 kHz, read rate (sampling rate): 5 kHz). Leakage currents were not deducted. The bath solution contained 150 mM NaCl, 5 mM KCl, 2.5 mM CaCl 2 , 1 mM MgCl 2 , 10 mM HEPES (pH 7.3). The intracellular solution contained 134 mM KCl, 1 mM CaCl 2 , 2 mM MgCl 2 , 10 mM EGTA, 10 mM HEPES (pH 7.3). Mitoplasts were prepared by osmotic shocks of isolated mitochondria in 30 mM Tris / HCl (pH 7.4). The mitoplasts were then equilibrated in 134 mM KCl, 2 mM MgCl 2 , 1 mM CaCl 2 , 10 mM EGTA, 10 mM HEPES (pH 7.3). Cells with a diameter of 2-3 microns were selected by video microscopy. Gigaseals (Gigaohm seals) were made on the membrane. The data was recorded at a reading rate of 10 kHz and filtered at 200 Hz. The flows were carried out under asymmetric [K + ] conditions in a bath solution containing 134 mM KCl, 1 mM CaCl 2 , 2 mM MgCl 2 , 10 mM EGTA, 10 mM HEPES / K + (pH 7.3) and a 50 pipette solution mM KCl, 84 mM NaCl, 1 mM CaCl 2 , 2 mM MgCl 2 , 10 mM EGTA, 10 mM HEPES / K + (pH 7.3). Some experiments were performed under symmetrical [K + ] conditions with 114 mM K-gluconate, 20 mM KCl, 1 mM CaCl 2 , 2 mM MgCl 2 , 10 mM EGTA, 10 mM HEPES / K + (pH 7.3). In the appropriately labeled patch-clamp experiments, MgTx was used at a concentration of 2 nM and charybdotoxin at a concentration of 50 nM (both toxins are from Alamone Labs, Israel).
Kv1.3-Westernblot:Kv1.3 Western:
Die Zellen wurden in 25 mM HEPES (pH 7,4), 0,1 % SDS, 0,5 % Natriumdesoxycholat, 1 % Triton X-100, 125 mM NaCl und jeweils 10 mM Natriumfluorid, EDTA und Natriumpyrophosphat und jeweils 10 μg/ml Aprotinin und Leupeptin (A/L) lysiert und zentrifugiert. Die Proteine wurden mittels SDS- PAGE (10 %) aufgetrennt und auf Nitrocellulosemembranen geblottet (übertragen). Diese Membranen wurden mit 1 μg/ml anti-Kv1.3-Antiserum inkubiert, gefolgt von einer Behandlung mit alkalische-Phosphatase (AP)gekoppelten anti-Kaninchen-Antikörpern. Die Erfassung wurde mit Hilfe eines Tropix-Systems (TROPIX Inc., Bedford, MA) durchgeführt.The Cells were incubated in 25 mM HEPES (pH 7.4), 0.1% SDS, 0.5% sodium deoxycholate, 1% Triton X-100, 125 mM NaCl and 10 mM sodium fluoride each, EDTA and sodium pyrophosphate and 10 μg / ml each of aprotinin and leupeptin (A / L) lysed and centrifuged. The proteins were separated by SDS-PAGE (10%) and blotted (transferred) to nitrocellulose membranes. These membranes were at 1 μg / ml incubated with anti-Kv1.3 antiserum followed by treatment with alkaline phosphatase (AP) coupled anti-rabbit antibodies. The Detection was performed using a Tropix system (TROPIX Inc., Bedford, MA).
Apoptose-Versuche:Apoptosis experiments:
Zur Bestimmung der DNA-Fragmentierung wurden die Zellen mit Propidiumiodid behandelt und eine Analyse der Sub-G1/S-Fraktion mittels Durchflußcytometrie vorgenommen. Die Zellen wurden fixiert und in 35 % Ethanol permeabilisiert, die RNA wurde verdaut und die Zellen wurden mit 5 μg/ml Propidiumiodid behandelt.To determine DNA fragmentation, the cells were treated with propidium iodide and carried out an analysis of the sub-G1 / S fraction by means of flow cytometry. The cells were fixed and permeabilized in 35% ethanol, the RNA was digested and the cells were treated with 5 μg / ml propidium iodide.
Zur Bestimmung der Caspase-3-Aktivität wurden die Zellen in 50 mM HE-PES (pH 7,4), 0,1 % CHAPS, 1 mM DTT, 0,1 mM EDTA lysiert, die Proben wurden zentrifugiert und die Überstände wurden mit 1 mM EDTA, 10 mM Glycerol ergänzt und mit 20 nM Ac-DEVD-pNA inkubiert. Die Caspase-3-Aktivität wurde anschließend mittels Spektrophotometrie bestimmt. Das Membranpotential (ΔΨm) wurde an ganzen Zellen durch 30minütige Inkubation in 200 pM DioC6(3) (Molecular Probes, Eugene, Oregon) in H/S bestimmt. Die Zellen wurden gewaschen, in H/S resuspendiert und mittels Durchflußcytometrie analysiert.To determine caspase-3 activity, the cells were lysed in 50 mM HE-PES (pH 7.4), 0.1% CHAPS, 1 mM DTT, 0.1 mM EDTA, the samples were centrifuged and the supernatants were washed with 1 mM EDTA, 10 mM glycerol and incubated with 20 nM Ac-DEVD-pNA. Caspase-3 activity was subsequently determined by spectrophotometry. The membrane potential (ΔΨ m) was determined in whole cells by 30 minute incubation in 200 pM DiOC6 (3) (Molecular Probes, Eugene, Oregon) in H / S. The cells were washed, resuspended in H / S and analyzed by flow cytometry.
Zur Bestimmung der Freisetzung von mitochondrialem Cytochrom c wurden die Zellen nach Stimulation in kaltem H/S gewaschen, für 30 Minuten bei 4 °C in 220 mM Mannitol, 68 mM Sucrose, 50 mM PIPES-KOH (pH 7,3), 50 mM KCl, 2 mM MgCl2, 1 mM DTT, 5 mM Succinat-KOH (pH 7,3), 10 μm Cytochalasin B, 10 μg/ml A/L inkubiert und anschließend homogenisiert. Die Proben wurden zentrifugiert und die in den Überständen befindlichen Proteine (20 μg) wurden mittels SDS-PAGE (15 %) aufgetrennt und auf eine Nitrocellulosemembran übertragen. Die Westernblots wurden unter Verwendung eines monoklonalen, aus der Maus stammenden anti-Cytochrom c-Antikörpers (Klon 7H8.2C 12, BD Pharmingen, San Diego, CA) und des Systems Tropix ECL analysiert.To determine the release of mitochondrial cytochrome c, cells were washed after stimulation in cold H / S, for 30 minutes at 4 ° C in 220 mM mannitol, 68 mM sucrose, 50 mM PIPES-KOH (pH 7.3), 50 mM KCl, 2 mM MgCl 2 , 1 mM DTT, 5 mM succinate-KOH (pH 7.3), 10 μm cytochalasin B, 10 μg / ml A / L incubated and then homogenized. The samples were centrifuged and the supernatant proteins (20 μg) were separated by SDS-PAGE (15%) and transferred to a nitrocellulose membrane. The Western blots were analyzed using a monoclonal mouse-derived anti-cytochrome c antibody (clone 7H8.2C 12, BD Pharmingen, San Diego, CA) and the system Tropix ECL.
Elektronenmikroskopische Untersuchungen:electron microscope investigations:
Zur Durchführung von elektronenmikroskopischen (EM)-Untersuchungen wurde zunächst ein polyklonaler, aus einem Kaninchen stammender anti-Kv1.3-Antikörper hergestellt, der spezifisch mit den extrazellulär lokalisierten Aminosäuren 204-220 (LPEFRDEKDYPASTSQD) reagiert. Die Ergebnisse wurden mit einem zweiten polyklonalen, aus einem Kaninchen stammenden anti-Kv1.3-Antikörper bestätigt. Periphere Blutlymphocyten wurden mittels Ficoll-Hypaque-Gradienten aufgereinigt, die Zellen wurden in 4 % Paraformaldehyd und 1 % Glutaraldehyd fixiert, im Ethanolgradienten dehydriert und in LR-Weiß-Harz (London Resin Company Limited, Berkshire) eingebettet. Für eine "on-grid" immunochemische Untersuchung wurden 85 nm-Abschnitte angefertigt, geblockt und mit PBS gewaschen, das 0,1 % Gelatine aus Kaltwasserfischhaut (Sigma), 0,5 M NaCl und 0,05 % Tween 20 enthielt. Die Abschnitte wurden mit aus einem Kaninchen stammenden anti-Kv1.3-Antikörper und mit aus einer Ziege stammendem goldbelegtem (6 nm) anti-Kaninchen-IgG (Aurion, Wageningen, Niederlande) markiert. Die Proben wurden mit Uranacetat behandelt und an einem JEOL 1200EX II-Elektronenmikroskop (JEOL USA, Peabody, MA) analysiert.to execution Electron microscopic (EM) studies first became one polyclonal anti-Kv1.3 antibody derived from a rabbit, specifically with the extracellular localized amino acids 204-220 (LPEFRDEKDYPASTSQD) responding. The results were compared with a second polyclonal, rabbit-derived anti-Kv1.3 antibody. Peripheral blood lymphocytes were purified by Ficoll-Hypaque gradient which became cells fixed in 4% paraformaldehyde and 1% glutaraldehyde, in the ethanol gradient dehydrated and in LR white resin (London Resin Company Limited, Berkshire). For an "on-grid" immunochemical Investigation 85 nm sections were made, blocked and washed with PBS containing 0.1% gelatin from cold-water fish skin (Sigma), 0.5 M NaCl and 0.05% Tween 20. The sections were with rabbit-derived anti-Kv1.3 antibody and with goat derived gold-coated (6 nm) anti-rabbit IgG (Aurion, Wageningen, The Netherlands) marked. The samples were treated with uranium acetate and placed on a JEOL 1200EX II electron microscope (JEOL USA, Peabody, MA).
Durchflußcytometrieanalyse und Westernblots an isolierten Mitochondrienflow cytometry and Western blots on isolated mitochondria
Zur Durchflußcytometrie wurden die Zellen transient mit pEYFP-Mito oder pEYFP-ER (Clontech) transfiziert und nach 48 Stunden sortiert. In bezug auf die Westernblot-Experimente wurden Wildtyp-Jurkatzellen, CTLL-2/pJK- oder CTLL-2/Kv1.3-Zellen verwendet. Zur Aufreinigung der Mitochondrien wurden die Zellen für 30 Minuten bei 4 °C in 0,3 M Sucrose, 10 mM TES (pH 7,4), 0,5 mM EGTA inkubiert und anschließend homogenisiert. Zellkerne und nicht aufgeschlossene Zellen wurden mittels 5minütiger Zentrifugation bei 600·g und 4 °C pelletiert. Die Überstände, welche die Mitochondrien enthalten, wurden mittels einer 10minütigen Percoll-Gradientenzentrifugation (60 %, 30 %, 18 % Percoll im oben angeführten Puffer, 8500·g) bei 4 °C weiter aufgereinigt. Mitochondrien, die sich zwischen der 30 %- und 60 %-Schicht befanden, wurden gesammelt, zweimal gewaschen und in 50 mM PIPES-KOH (pH 7,4), 50 mM KCl, 2 mM MgCl2, 5 mM EGTA, 1 mM DTT, 10 μg/ml A/L, 2 mM ATP, 10 mM Phosphokreatin, 50 μg/ml Kreatinkinase resuspendiert. Ein leicht hyperosmotisches Medium (340 mosmol, gemessen mittels Osmometeranalyse) wurde verwendet, um die Mitochondrien vor einer Schwellung zu schützen. Für die Westernblots bzw. FACS-Analyse des Kv1.3 wurden Äquivalente entsprechend 30 μg Gesamtprotein verwendet. Die Westernblots wurden unter Verwendung eines anti-Kv1.3-Antikörpers, eines AP-gekoppelten sekundären anti-Kaninchen-Antikörpers und des Chemolumineszenssystems Tropix durchgeführt. Durchflußcytometrieanalysen wurden mit Cy3-gekoppelten anti-Kv1.3-Antikörpern (Alamone Labs) an intakten Mitochondrien und an permeabilisierten Mitochondrien durchgeführt, die mit 0,75 % Triton X-100 behandelt wurden.For flow cytometry, the cells were transiently transfected with pEYFP-Mito or pEYFP-ER (Clontech) and sorted after 48 hours. With respect to Western blot experiments, wild-type Jurkat cells, CTLL-2 / pJK or CTLL-2 / Kv1.3 cells were used. For the purification of the mitochondria, the cells were incubated for 30 minutes at 4 ° C. in 0.3 M sucrose, 10 mM TES (pH 7.4), 0.5 mM EGTA and then homogenized. Nuclei and undigested cells were pelleted by centrifugation at 600 x g and 4 ° C for 5 min. The supernatants containing the mitochondria were further purified by a 10 minute Percoll gradient centrifugation (60%, 30%, 18% Percoll in the above buffer, 8500xg) at 4 ° C. Mitochondria located between the 30% and 60% layers were pooled, washed twice, and suspended in 50mM PIPES-KOH (pH 7.4), 50mM KCl, 2mM MgCl 2 , 5mM EGTA, 1mM DTT, 10 μg / ml A / L, 2 mM ATP, 10 mM phosphocreatine, 50 μg / ml creatine kinase resuspended. A slightly hyperosmotic medium (340 mosmol as measured by osmometer analysis) was used to protect the mitochondria from swelling. For the Western blots or FACS analysis of Kv1.3, equivalents corresponding to 30 μg total protein were used. Western blots were performed using an anti-Kv1.3 antibody, an AP-linked anti-rabbit secondary antibody and the tropix chemiluminescent system. Flow cytometric analyzes were performed on Cy3-coupled anti-Kv1.3 antibodies (Alamone Labs) on intact mitochondria and on permeabilized mitochondria treated with 0.75% Triton X-100.
Cytochrom c-Freisetzung, Membranaotential und Freisetzung von reaktiven Sauerstoffspezies bei isolierten Mitochondrien nach Behandlung mit rekombinantem Bax oder MgTx:Cytochrome c release, Membrane potential and release of reactive oxygen species in isolated mitochondria after treatment with recombinant Bax or MgTx:
Zur Bestimmung der Cytochrom c-Freisetzung aus isolierten Mitochondrien wurden aufgereinigte Mitochondrien in 5 mM Succinat, 50 mM PIPES-KOH (pH 7,4), 50 Mm KCl, 2 mM MgCl2, 5 mM EGTA, 1 mM DTT, 10 μM A/L, 2 mM ATP, 10 mM Phosphokreatin, 50 μg/ml Kreatinkinase (Puffer A) resuspendiert, für 20 Minuten mit 100 ng/mg GST-Bax, GST (als Kontrolle) oder 20 nM MgTX (Alamone Labs) inkubiert und wie oben beschrieben mit Hilfe von Westernblots analysiert.To determine cytochrome c release from isolated mitochondria, purified mitochondria were prepared in 5 mM succinate, 50 mM PIPES-KOH (pH 7.4), 50 mM KCl, 2 mM MgCl 2 , 5 mM EGTA, 1 mM DTT, 10 μM A / L, 2mM ATP, 10mM phosphocreatine, 50μg / ml creatine kinase (buffer A), incubated for 20 minutes with 100ng / mg GST-Bax, GST (as control) or 20nM MgTX (Alamone Labs) and as described above with the aid of Western blots.
Das Membranpotential der isolierten Mitochondrien wurde mittels Inkubation von aufgereinigten Mitochondrien in Puffer A mit 1 nM DioC6(3) und Zugabe von 20 nM MgTx bestimmt. MgTx wurde während des Experiments zugegeben, und die Analyse des Membranpotentials mittels Durchflußcytometrie wurde unmittelbar nach Zugabe der Substanz aufgenommen. Eine Depolarisation der mitochondrialen Membran wurde durch eine Linksverschiebung des Fluoreszenzsignals angezeigt, die durch eine verminderte Bindung von Dio-C6(3) hervorgerufen wurde. Eine vollständige Depolarisation der Mitochondrien wurde mit 1 μM Carbonylcyanidchlorphenylhydrazon (CCCP) für 10 Minuten bei Raumtemperatur erreicht und diente als Kontrolle für die Unversehrtheit der Mitochondrien.The membrane potential of the isolated mito Chondria were determined by incubation of purified mitochondria in Buffer A with 1 nM DioC 6 (3) and addition of 20 nM MgTx. MgTx was added during the experiment, and analysis of membrane potential by flow cytometry was taken immediately after addition of the substance. Depolarization of the mitochondrial membrane was indicated by a left shift of the fluorescence signal caused by a decreased binding of Dio-C 6 (3). Complete depolarization of the mitochondria was achieved with 1 μM carbonylcyanidechlorophenylhydrazone (CCCP) for 10 minutes at room temperature and served as a control for the integrity of the mitochondria.
Eine relativ hohe MgTx-Konzentration wurde in diesen Experimenten und in den nachfolgend beschriebenen Untersuchungen an isolierten Mitochondrien verwendet, um schnelle Änderungen des mitochondrialen Membranpotentials zu erfassen und um eine Veränderung der mitochondrialen Aktivität zu ver meiden, die durch eine verlängerte in-vitro-Inkubation hervorgerufen wird. Diese Konzentrationen sind immer noch signifikant geringer als die aus der Literatur bekannten MgTx-Konzentrationen, die im μM-Bereich liegen und die zur Beeinflussung von Ca2+-sensitiven K+-Kanälen oder anderen Kv-Kanälen erfoderlich sind.Relatively high MgTx concentration was used in these experiments and in isolated mitochondrial studies described below to detect rapid changes in mitochondrial membrane potential and to avoid alteration of mitochondrial activity caused by prolonged in vitro incubation becomes. These concentrations are still significantly lower than the known from the literature MgTx concentrations, which are in the μM range and which are required for influencing Ca 2+ -sensitive K + channels or other Kv channels.
Zur Bestimmung der Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) aus isolierten Mitochondrien wurden aufgereinigte Mitochondrien für 30 Minuten bei 37 °C mit 0,8 μM Hydroethidin in Puffer A inkubiert, der mit 2 mg/ml Cytochrom c ergänzt wurde. Die aufgereinigten Mitochondrien wurden anschließend mit 20 nM MgTx behandelt und die ROS-Freisetzung mittels Änderungen der Absorption bei 550 nm mittels Spektrophotometrie bestimmt. Die Identifizierung von ROS wurde über eine Unterdrückung des Signals infolge einer Probeninkubation mit Dismutasesuperoxid (20 U/ml), Dithiothreitol (DTT, 3 mM) und Buthylhydroxytoluol (BHT, 50 μM) durchgeführt. Die Inkubation wurde durchgeführt, um ROS zu degenerieren bzw. zu neutralisieren. Die Reagenzien wurden 10 Minuten vor der MgTx-Behandlung zugegeben.to Determination of the release of reactive oxygen species (ROS) isolated mitochondria were purified mitochondria for 30 minutes at 37 ° C with 0.8 μM Hydroethidine in buffer A, containing 2 mg / ml cytochrome c added has been. The purified mitochondria were subsequently washed with 20 nM MgTx treated and the ROS release by changes of absorption at 550 nm determined by spectrophotometry. The Identification of ROS was over a suppression of the Signal due to sample incubation with dismutase superoxide (20 U / ml), dithiothreitol (DTT, 3 mM) and butylhydroxytoluene (BHT, 50 μM). The Incubation was carried out to degenerate or neutralize ROS. The reagents were Added 10 minutes before the MgTx treatment.
Expression des funktionalen Kv1.3 in Mitochondrien aus Lymphocyten:Expression of the functional Kv1.3 in mitochondria from lymphocytes:
Zur
Bestimmung der molekularen Aufgabe von Kv1.3 in bezug auf Apoptose
wurde zunächst das
subzelluläre
Vorkommen des Kanals bestimmt. Untersuchungen mittels Transmissionselektronenmikroskopie
(TEM) an frisch isolieren peripheren Lymphocyten aus dem menschlichen
Blut bestätigten das
Vorhandensein von Kv1.3 in der Plasmamembran und in intrazellulären Vesikeln,
wie dem endoplasmatischen Retikulum, aber überraschenderweise zeigten
sie auch das Vorhandensein des Kanals in Mitochondrien (
Diese
Mitoplasten wiesen einen Kationenkanal auf, der solche biophysikalische
Eigenschaften besaß,
die denen des Kv1.3 aus der Zellmembran ähneln. Diese Charakteristika
umfassen literaturbekannte Kenngrößen, wie Kanalleitwert (
Die Kv1.3-Inaktivierungskinetiken in Mitoplasten konnten nicht untersucht werden, da das Applizieren von großen Spannungssprüngen über der Membran des Mitoplasten zu einem Verlust der elektrischen Abdichtung (Seal) führte. Die Daten belegen die Expression von Kv1.3 in den Mitochondrien üblicher Zellen.The Kv1.3 inactivation kinetics in mitoplasts could not be studied since applying large voltage jumps across the membrane of the mitoplast to a loss of electrical seal (Seal) led. The data confirm the expression of Kv1.3 in the mitochondria more commonly Cells.
Gentransfektionsexperimente führen zum Vorhandensein von Kv1.3 in Mitochondrien:Gentransfektionsexperimente to lead on the presence of Kv1.3 in mitochondria:
Um
zu vermeiden, daß ein
anderer, aber ähnlicher
mitochondrialer Kaliumkanal gemessen wurde, wurde ein genetisches
Modell verwendet. Kv1.3-defiziente
CTLL-2-Zellen wurden mit einem Kv1.3-Expressionsvektor (pJK-Kv1.3) (Zellen bezeichnet
als CTLL-2/Kv1.3) oder mit einem Kontrollvektor (pJK) (bezeichnet
als CTLL-2/pJK) transfiziert. Westernblots von Zellysaten (
Die
Ergebnisse veranschaulichen die Expression von Kv1.3 in CTLL-2-Zellen, wobei
Repräsentative
Ganzzellströme
von CTLL-2/pJK-Zellen (
Weiterhin
wurden Patch-clamp-Untersuchungen an isolierten Mitochondrien durchgeführt, die
aus CTLL-2/Kv1.3- und Kontroll-CTLL-2/pJK-Zellen stammten. Die Patch-clamp-Untersuchungen
an Mitoplasten aus CTLL-2/Kv1.3-Zellen
zeigen eine Kaliumkanalaktivität,
die den Eigenschaften endogener Kv1.3-Kanäle in Jurkat-Mitoplasten ähnelt (
Um
das Vorhandensein von Kv1.3 in Mitochondrien weiter zu untersuchen,
wurden Westernblot-Untersuchungen an aufgereinigten Mitochondrien
von CTLL-2/Kv1.3-, CTLL-2/pJK- und Jurkatzellen durchgeführt, die
ebenso eine spezifische Expression von Kv1.3 in Mitochondrien zeigen
(
Anschließend wurden
CTLL-2/Kv1.3- und CTLL-2/pJK-Zellen transient mit dem pEYFP-Vektor, der
für ein
gelbfluoreszierendes Protein (Yellow fluorescent protein, EYFP)
codiert, das entweder mit der mitochondrialen Zielsequenz der Cytochrom
c-Oxidase (Mito-EYFP) oder mit Calreticulin (ER-EYFP), einer Zielsequenz des endoplasmatischen
Retikulums, fusioniert wurde, wie es jeweils aus der Literatur bekannt
ist. Transfizierte Zellen wurden mittels Durchflußcytometrie
(FACS) sortiert, die Mitochondrien wurden aufgereinigt, mit Cy3-gekoppelten
anti-Kv1.3-Antikörpern
markiert und mittels FACS analysiert. Die Mitochondrienpopulation
war Mito-EYFP-positiv und wurde über
ihr typisches Lichtstreuungsmuster identifiziert. Eine Comarkierung
von Mito-EYFP und Cy3-gekoppelten anti-Kv1.3 wurde ausschließlich in
Mitochondrien erfaßt,
die von CTLL-2/Kv1.3-Zellen (
Die Untersuchungen zeigen, daß die Transfektion von Kv1.3 in CTLL-2-Zellen zu einer funktionalen Expression des Kaliumkanals in Mitochondrien führt.The Investigations show that the Transfection of Kv1.3 into CTLL-2 cells leads to a functional expression of the potassium channel in mitochondria.
Kv1.3 kommt zusammen mit bekannten mitochondrialen Ionenkanälen vor:Kv1.3 comes together with known mitochondrial ion channels:
Um das Vorhandensein von Kv1.3 in der inneren Mitochondrienmembran (IMM) eindeutig zu bestätigen, wurden Patches (Membranabschnitte), die eine Kv1.3-Aktivität aufwiesen, auf das Vorhandensein von aus der Literatur bekannten mitochondrialen Ionenkanälen untersucht. Der 107 pS-Kanal und die PTP (Permeability Transition Pore) wurden in diesen Untersuchungen als Indikatoren in bezug auf die IMM verwendet. Beide Kanäle, von denen nachgewiesen wurde, daß sie nur in der IMM vorkommen, aber nicht in der äußeren mitochondrialen Membran existieren, wurden anhand ihrer biophysikalischen und pharmakologischen Eigenschaften identifiziert.Around the presence of Kv1.3 in the inner mitochondrial membrane (IMM) clearly confirm were patches (membrane sections) that had Kv1.3 activity, to the presence of mitochondrial known from the literature ion channels examined. The 107 pS channel and the PTP (Permeability Transition Pore) were used in these studies as indicators in relation to the IMM used. Both channels, which have been shown to occur only in the IMM, but not in the outer mitochondrial Membrane exist were identified by their biophysical and pharmacological Properties identified.
Die
Experimente zeigen eine gleichzeitige Aktivität von Kv1.3 und dem 107 pS-Kanal
in Patches, die von CTLL-2/Kv1.3-Zellen (
Um
das gemeinsame Vorkommen von PTP und Kv1.3 zu untersuchen, wurde
die Ca2+-Konzentration auf den Matrixseiten
der Patches erhöht,
die in bezug auf Kv1.3 positiv waren. Die [Ca2+]-Zunahme führte zu
einer Aktivierung der PTP, wie sie aus der Literatur bekannt ist.
Die Daten zeigen, daß 50
% der Patches, die Kv1.3 enthalten, gleichzeitig PTP aufweisen (
Die
Ergebnisse zeigen das gemeinsame Vorkommen von Kv1.3 mit dem 107
pS-Kanal und der PTP in der inneren Mitochondrienmembran.
In
Der mitochondriale Kv1.3 wird für die Bax-induzierte Apoptose benötigt:Mitochondrial Kv1.3 is for Bax-induced apoptosis requires:
Zur
Analyse der funktionalen Bedeutung des mitochondrialen Kv1.3 in
bezug auf die Induzierung von Apoptose wurden CTLL-2/Kv1.3- und
Kontroll-CTLL-2/pJK-Zellen
mit einem Expressionsvektor für
Bax transfiziert und die Apoptose der Zellen bestimmt, die durch
die Expression von Bax induziert wurde. Transfizierte Zellen wurden
mittels Cotransfektion mit einem GFP-Aktin-Fusionskonstrukt identifiziert.
Die Ergebnisse zeigen, daß Kv1.3
für die Bax-induzierte
Apoptose benötigt
wurde. Während die
Expression von Bax die Apoptose in (70 ± 10) % der Kv1.3-positiven
Zellen induzierte (nach 12 Stunden), waren die Kv1.3-defizienten
CTLL-2-Zellen in bezug auf Bax resistent (
Um
die Hypothese in bezug auf die wichtige Funktion von Kv1.3 im Rahmen
der Apoptose eindeutig zu zeigen, wurden isolierte und aufgereinigte Mitochondrien
mit rekombinantem GST-Bax oder GST als Kontrolle inkubiert. Während rekombinantes Bax
eine schnelle Freisetzung von Cytochrom c aus Kv1.3-positiven Mitochondrien
induzierte – was
ein Zeichen für
apoptotische Veränderungen
in diesen Mitochondrien ist – zeigte
es in bezug auf die Kv1.3-defizienten Mitochondrien keinen Effekt (
Die
Ergebnisse verdeutlichen, daß Kv1.3
für die
Bax-induzierte Apoptose notwendig ist, wobei
Die Inaktivierung des mitochondrialen Kv1.3 führt zu apoptotischen Veränderungen:The inactivation of the mitochondrial Kv1.3 leads to apoptotic changes:
Um
die Funktion von Kv1.3 in Bezug auf die Apoptose weiter zu studieren,
wurden Kv1.3-positive CTLL-2/Kv1.3-Zellen und Kv1.3-defiziente CTLL-2-Zellen mit 100 ng/ml
TNFα (Tumor-Nekrose-Faktor α), 1 μM Staurosporin
oder 20 μM
C6-Ceramid inkubiert. Während Kv1.3-transfizierte Zellen
mit DNA-Fragmentierung (
Die
Untersuchungen zeigen, daß die
Expression von Kv1.3 in Bezug auf eine TNFα-, Staurosporin- und C6-Ceramid-vermittelte Apoptose erforderlich
ist. Die Behandlung von CTLL-2/Kv1.3-Zellen mit 20 μM C6-Ceramid, 1 mM Staurosporin oder 100 ng/ml
TNFα führte zu
einer DNA-Fragmentierung (
Zur Bestimmung der Bedeutung des mitochondrialen Kv1.3-Kanals in Bezug auf die Apoptose wurden aufgereinigte, isolierte Mitochondrien aus CTLL-2/Kv1.3- oder CTLL-2/pJK-Zellen verwendet. Um die Inaktivierung von Kv1.3-Kanälen, die bekanntermaßen bei Stimulierung mit CD95 oder Behandlung mit zellulärem C6-Ceramid auftritt, nachzuahmen, wurden isolierte Mitochondrien mit 20 nM MgTx inkubiert, einen aus der Literatur bekannten, spezifischen Inhibitor des Kv1.3. Wenn mitochondriale Kv1.3-Kanäle in Bezug auf Apoptose notwendig sind, sollten nur Kv1.3-exprimierende Mitochondrien sensitiv gegenüber MgTx sein und folglich solche Veränderungen aufweisen, die typisch für Apoptose sind.To determine the importance of the mitochondrial Kv1.3 channel with respect to apoptosis, purified, isolated mitochondria from CTLL-2 / Kv1.3 or CTLL-2 / pJK cells were used. To mimic the inactivation of Kv 1.3 channels 6 -ceramide known to occur upon stimulation with CD95 or treatment with cellular C, isolated mitochondria were incubated with 20 nM MgTX, a well-known from the literature, specific inhibitor of the Kv1.3. If mitochondrial Kv1.3 channels are necessary for apoptosis, only mitochondria expressing Kv1.3 should be sensitive to MgTx and, consequently, have such changes as are typical of apoptosis.
Die
Untersuchungen zeigen, daß die
Expression von Kv1.3 in Bezug auf eine TNFα-, Staurosporin- und C6-Ceramid-vermittelte Apoptose erforderlich
ist. Die Behandlung von CTLL-2/Kv1.3-Zellen mit 20 μM C6-Ceramid, 1 mM Staurosporin oder 100 ng/ml
TNFα führte zu
einer DNA-Fragmentierung (
MgTx
induzierte eine schnelle und deutliche Freisetzung von Cytochrom
c aus Kv1.3-positiven Mitochondrien, wogegen Kv1.3-defiziente Mitochondrien
keine Reaktion aufwiesen (
Darüber hinaus
zeigten nur Kv1.3-positive Mitochondrien mit der schnellen und anhaltenden Freisetzung
von ROS (
Diese Daten zeigen, daß die Inhibierung des mitochondrialen Kv1.3 zu Veränderungen in Mitochondrien führt, die eine zentrale Rolle in vielen Formen der Apoptose spielen.These Data show that the Inhibition of mitochondrial Kv1.3 to changes in mitochondria leads, which play a central role in many forms of apoptosis.
Die Ergebnisse verdeutlichen, daß die Inhibierung des mitochondrialen Kv1.3 zu Veränderungen in Mitochondrien hervorruft, die Apoptose vermitteln können bzw. die für apoptopische Prozesse charakteritisch sind.The Results clarify that the Inhibition of mitochondrial Kv1.3 to changes in mitochondria which can mediate apoptosis or that for apoptotic Processes are characteristic.
Die
Inhibierung von Kv1.3 in isolierten Mitochondrien durch MgTx führt zu einer
Cytochrom c-Freisetzung (
Nachweis der Wechselwirkung bzw. Interaktion der apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AISI mit dem in der inneren Mitochondrienmembran (IMM) lokalisierten Kv1.3-Kaliumkanal:Proof of the interaction or interaction of apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating Substance (AISI with that in the inner mitochondrial membrane (IMM) localized Kv1.3 potassium channel:
Um die Funktion des in der inneren Mitochondrienmembran (IMM) lokalisierten Kv1.3-Kaliumkanals weitergehend zu analysieren, wurde untersucht, ob Kv1.3 direkt mit einer apoptoseinduzierenden und/oder apoptosestimulierenden Substanz (AIS) wechselwirkt bzw. interagiert. Als Testsubstanz wurde Bax verwendet, ein Mitglied der proapoptotisch wirksamen Bc1-2-Familie.Around the function of located in the inner mitochondrial membrane (IMM) To further analyze Kv1.3 potassium channel was investigated whether Kv1.3 directly with an apoptosis-inducing and / or apoptosis-stimulating Substance (AIS) interacts or interacts. As a test substance was Bax uses a member of the pro-apoptotic Bc1-2 family.
Im
Rahmen der experimentellen Vorgehensweise wurden Kv1.3-positive
Zellen mit CD95 stimuliert und anschließend lysiert sowie Bax immunpräzipitiert
und die Wechselwirkung bzw. Interaktion mittels eines Westernblots
getestet. Die Ergebnisse zeigen eine Wechselwirkung bzw. Interaktion
zwischen Kv1.3 und Bax nach proapoptotischer Stimulation (
Diese
Coimmunpräzipitationsversuche
ergänzen
die Ergebnisse in
Die
Coimmunpräzipitationsversuche
wurden mit einer unabhängigen
Methode, nämlich
der Analyse von Molekülwechselwirkungen
bzw. -interaktionen im Hefe-Two-Hybridsystem bestätigt (
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---|---|---|---|
DE10337904A DE10337904A1 (en) | 2003-08-18 | 2003-08-18 | Using apoptosis-inducing or stimulating agent for treating disease, particularly infections or tumors, acts by interaction with mitochondrial potassium channels |
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