Способ определения цитокинового статуса человека на генетическом уровне
Изобретение относится к области молекулярной биологии, иммунологии, микробиологии и вирусологии и предназначено для оценки транскрипционных уровней активности генов интерферонов (ИФ), ИФ-зависимых и пролиферативных цитокинов. Способ включает определение информационных РНК (иРНК) цитокинов на основе сочетания методов ОТ-ПЦР с блот- и дотгибридизацией. При этом для выявления изменений в цитокиновом статусе исследуют спектр иРНК интерферон (ИФ)-зависимых и пролиферативных цитокинов: интерферонов (альфа-2, бета-1 и гамма), ИФ-регулируемых ферментов: 2',5'-олигоаденилатсинтетазы (2,5-ОАС), РНК-азы L, дс-протеинкиназы (дсПк), факторов клеточной пролиферации: Всl-2, Fas-антигена (Fas-АГ) и белка цитоскелета - гамма-актина, с помощью синтетических олигонуклеотидов. Использование данного способа в клинических исследованиях дает необходимую информацию о существующих взаимосвязях в сети ИФ-зависимых цитокиновых реакций клеток в норме и при различных патологических состояниях. 2 ил., 2 табл.
Изобретение относится к области молекулярной биологии, иммунологии, микробиологии и вирусологии и предназначено для оценки активности генов цитокинов.
Цитокины - многочисленное семейство ростовых белковых факторов, управляющих процессами активации, пролиферации и дифференцировки клеток (Кашкин К. П. Цитокины иммунной системы: основные свойства и иммунобиологическая активность. Клиническая лабораторная диагностика, 1, 1998, с.21-32). Интерфероны (ИФ) были первыми выявленными представителями этого семейства. Многие из цитокинов известны как интерлейкины, которые определяют реактивность иммунной системы, влияя на представление антигенов, цитотоксические реакции, уровень дифференцировки и пролиферации иммукомпетентных клеток (Т- и В-лимфоцитов, макрофагов и др.). Наиболее значимыми эффектами действия ИФ являются: антивирусное, антипролиферативное, иммунорегуляторное и гормоноподобное. ИФ видоспецифичны и проявляют активность в клетках гомологичных видов. Подобно ряду известных цитокинов, ИФ вызывают в клетках усиление или подавление активности группы клеточных генов (Ершов Ф.И. Система интерферона в норме и патологии. М. , Медицина, 1996; Vilcek J. a. Sen G.C. Interferons and other cytokines. In "Fundamental Virology", p.341-345, New-York, 1996). Среди активируемых клеточных генов часть генов имеет преимущественную связь с системой ИФ и получила название ИФ-зависимых. К ним относятся гены и информационные РНК (иРНК) ферментов: 2'-5'-олигоаденилатсинтетазы (2-5-ОАС), рибонуклеазы L (РНК-аза L) и двухспиральной РНКпротеинкиназы(дсПК), которые контролируют процессы клеточной пролиферации и дифференцировки и играют ведущую роль в развитии антивирусного и антипролиферативного состояний (Sen G.C. a. Lengyel P. , The interferonsystem. A birds eye view of its biochemistry. J. Biol. Chem. , V.267, p.5017-5020, 1992; Lengyel P. Tumor-suppressor genes; News about the interferon connections. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, V.90, p. 5893-5895, 1993). Наряду с ИФ-зависимыми ферментами к белкам, регулирующим процессы клеточной пролиферации (КП) и апоптоза относятся протонкоген Всl-2, Fas-антиген (Fas-АГ) (White Е. Life, death and the pursuit of apoptosis. Genes Dev., V.10, p.1-15, 1996). Высокий уровень содержания Bcl-2 считается показателем клеточной пролиферации, и, наоборот, накопление Fas-антигена индуцирует процессы, приводящие к гибели клеток (Schwatzman R.A., Cidlowski J. A. Apoptosis: The biochemistry and molecular biology of programmed cell death. Endocrine Rev., V.14, p.133-151, 1993). Показатели активности генов белков, участвующих в митозе и в построении клеточного цитоскелета, например гамма-актина, важны для характеристики процессов клеточной пролиферации (Erba Н.Р., Eddy R., Shows T. et. al. Structure. Chromosome localization and expression of the human gamma-actin gene. Mol. Cell. Biol., V.8, p.1775-1789, 1988). В понятие "цитокиновый статус" нами объединены показатели активности цитокинов систем интерферона (ИФ) и клеточной пролиферации (КП), которые определяют нормальные физиологические реакции организма в ответ на внешние воздействия разной природы, включая лекарственную терапию, вирусные и бактериальные инфекции. Системы ИФ и КП тесно связаны между собой и с системой иммунитета. Между ними имеется сложный сетевой механизм регуляции. Система ИФ состоит из взаимосвязанных последовательных стадий: индукции, синтеза и действия. В результате индукции генов ИФ происходит транскрипция иРНК ИФ и синтез белков ИФ, которые секретируются из клеток. Последующее действие ИФ осуществляют, взаимодействуя с рецепторами окружающих клеток и индуцируя в них ряд клеточных генов и транскрипцию с них иРНК, из которых наиболее изучены вышеназванные ферменты и белки клеточной пролиферации. ИФ принято подразделять на 2 основных типа и 3 вида: к типу I ИФ относят лейкоцитарный (альфа) и фибробластный (бета); тип II представлен одним видом - иммунным (гамма-ИФ). ИФ (альфа, бета и гамма) кодируются разными генами, причем многочисленные подвиды альфа-ИФ (около 20) достаточно консервативны по первичной структуре (60-70% гомологии). Наоборот, между генами альфа и бета ИФ гомология низкая. Более того, гены бета-1 ИФ и бета-2 ИФ (интерлейкин 6) имеют мало сходства. В настоящее время расшифрованы первичные структуры иРНК 3-х видов человеческих ИФ и нескольких ИФ-зависимых и пролиферативных белков, исследованных нами (таблица 1). Активно разрабатывается обратная транскрипция - полимеразная цепная реакция (ОТ-ПЦР) - метод определения иРНК разных видов интерлейкинов и факторов воспаления, для которых применяются качественные и количественные варианты (Oka M. , Hirose К., Ilzuka N. et. al. Cytokine mRNA expression patterns in human esоphageal cancer cell lines. J. Interferon and Cytokine Res., V.15, p. 1005-1009, 1995; Platzer С., Blankenstein Т. Polymerase chain reaction to quantitate cytokine mRNA. In: Cytokines. A practical approch. Ed. F.R. Barkwill. IRL Press, Ox-ford, N-Y, Tokyo, 1995). Известны изобретения, описывающие несколько вариантов ОТ-ПЦР для сравнительного определения иРНК в разных видах клеток и тканей (Klotman P.E. et. al. , патент США 5543509, 6 авг. 1996; Pardee et. al., патент США 5665547, 9 сент. 1997; Banker et. al., патент США 5643730, 1 июля 1997; Sutcliffe et. al., патент США 5807680, 15 сент. 1998). В отличие от них предлагаемый способ определения имеет отношение к специальной группе малоизученных иРНК цитокинов, кодирующих синтез ИФ, ИФ-регулируемых ферментов и белков КП (таблица 1). В настоящее время коммерческие ОТ-ПЦР наборы для определения ИФ-зависимых и пролиферативных иРНК отсутствуют. Отдельные фирмы предлагают только иммуноферментные тест-системы для определения белков системы иммунитета (факторов воспаления) (смотри каталог "Genzym diagnostics", 1995). Поэтому патентуемый способ с набором оригинальных специфических олигонуклеотидов для определения в биологических средах (системах) иРНК цитокинов систем ИФ и КП заполнит пробел в необходимых ПЦР-диагностикумах. К существенным признакам изобретения, отличающим его от ранее опубликованных, относятся: 1. Полуколичественное определение спектра (набора) иРНК белков систем ИФ и КП в биологических средах (системах), в том числе микрообразце периферической крови человека. Это достигается превращением разных видов полиаденилатсодержащих РНК /поли(А) РНК/ в комплементарные ДНК (кДНК) в реакции ОТ с последующей амплификацией специфических участков ДНК методом ПЦР с парой олигонуклеотидных праймеров и гибридизацией разведений ДНК-продуктов с мечеными радиоактивными зондами. (см. описание процедуры определения). 2. Использование набора оригинальных олигонуклеотидных праймеров и зондов к участкам иРНК цитокинов человека, кодирующих синтез: 3-х видов ИФ (альфа-2, бета-1 и гамма), 5-ти ИФ-регулируемых и пролиферативных белков (2,5-ОАС, РНК-азы L, дс-ПК, Всl-2, Fas-АГ) и белка цитоскелета - гамма-актина. Сущность патентуемого способа определения заключается в том, что проводится сравнительный анализ уровней транскрипции спектра иРНК ИФ, ИФ-зависимых и пролиферативных цитокинов в биологических средах, в том числе в микропробе крови человека, на основе объединения полуколичественного варианта метода ОТ-ПЦР с методами блот- и дотгибридизации. Для 9-ти видов иРНК цитокинов человека нами рассчитаны и синтезированы специфические олигонуклеотиды (ПЦР-праймеры и гибридизационные зонды) размером 21-24 нуклеотида. Описание первичной структуры олигонуклеотидных праймеров и зондов для определения 9 видов иРНК ИФ-зависимых и пролиферативных цитокинов патентуемым способом приведено в таблице 1. Проведен компьютерный анализ специфичности олигонуклеотидов, который позволил исключить взаимодействие их с гетерологичными матрицами в условиях ПЦР. При сравнении нуклеотидных последовательностей иРНК ИФ для расчета праймеров были выбраны участки, отличающиеся у иРНК для альфа-2, бета-1 и гамма-ИФ. Праймеры и зонды для человеческой иРНК Всl-2 и иРНК гамма-актина взаимодействуют с иРНК аналогичных цитокинов мышиного происхождения и потому могут иметь более широкое видовое использование. Патентуемый способ включает комплекс ранее известных молекулярных методов определения иРНК и ДНК, имеющих высокую специфичность, чувствительность и наглядность. Способ позволяет определять содержание иРНК ИФ-регулируемых генов человека, имеющих высокие, средние и низкие уровни экспрессии. Внедрение его в клинические исследования даст необходимую информацию о существующих взаимосвязях в сети ИФ-зависимых цитокиновых реакций клеток в норме и при различных патологических состояниях. Предлагаемый способ сделает технологичным комплексное сравнительное изучение влияния любых лекарственных средств, в первую очередь препаратов ИФ и его индукторов, на экспрессию генов систем ИФ и КП (публикации в литературе подобных исследований нам неизвестны). Особенно актуально сравнительное изучение экспрессии генов систем ИФ и КП у онкологических больных, а также и у лиц с хроническими вирусными и бактериальными инфекциями. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕДУРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Для определения используется полуколичественный вариант сочетанного метода обратной транскрипции и полимеразной цепной реакции (ОТ-ПЦР), обладающий высокой чувствительностью (Dallman P.J., Porte А. С. In: PCR. A Practical Approch, Lond. , 1991, р.215-224). Пробы свежей крови объемом 0,2 мл (сразу после взятия из вены) смешивали с равным объемом 2-кратного буфера лизиса (1
Формула изобретения
Полуколичественный способ оценки уровней транскрипционной активности генов в биологических системах путем определения информационных РНК (иРНК) цитокинов на основе сочетания методов ОТ-ПЦР с блот- и дотгибридизацией, отличающийся тем, что определение проводят в микропробе (0,2 мл) крови человека и для выявления изменений в цитокиновом статусе исследуют спектр иРНК интерферон (ИФ)-зависимых и пролиферативных цитокинов: интерферонов (альфа-2, бета-1 и гамма), ИФ-регулируемых ферментов: 2', 5'-олигоаденилатсинтетазы (2,5-ОАС), РНК-азы L, дс-протеинкиназы (дсПк), факторов клеточной пролиферации: Всl-2, Fas-антигена (Fas-АГ) и белка цитоскелета - гамма-актина, с помощью синтетических олигонуклеотидов: праймеров из 21 звена с нуклеотидной последовательностью GGCCTTGATACTCCTGGCACA и AGGCACAAGGGCTGTATTTCT и гибридизационного зонда из 21 звена с нуклеотидной последовательностьюGAGCCTTCTGGAACTGGTTGC,
взаимодействующих с иРНК альфа-2 ИФ; праймеров из 21 звена с нуклеотидной последовательностью
TGCAGCAGTTCCAGAAGGAGG и TCCAGTCCCAGAGGCACAGGC
и гибридизационного зонда из 24 звеньев с нуклеотидной последовательностью
CCTGGAAGAAAAACTGGAGAAAGA,
взаимодействующих с иРНК бета-1 ИФ; праймеров из 21 звена с нуклеотидной последовательностью
GGTTCTCTTGGCTGTTACTGC и GCAGGCAGGACAACCATTACT
и гибридизационного зонда из 24 звеньев с нуклеотидной последовательностью
GACCAGAGCATCCAAAAGAGTGTG,
взаимодействующих с иРНК гамма ИФ; праймеров из 21 звена с нуклеотидной последовательностью
TCGGGGAGGGGGTGGAGTTCG и GCTCACTGGGGACCCATCCCA
и гибридизационного зонда из 24 звеньев с нуклеотидной последовательностью
GCCCAGGGATTTCGGACGGTCTTG,
взаимодействующих с иРНК 2,5-ОАС; праймеров из 21 звена с нуклеотидной последовательностью
TGCATCGGGGGTGCATGGGCC и CTTCACGCTCCGCCTTCTCGT
и гибридизационного зонда из 24 звеньев с нуклеотидной последовательностью
CCTGTCCTCTGGTTCTTTTGCTAC,
взаимодействующих с иРНК дс-ПК; праймеров из 21 звена с нуклеотидной последовательностью
AGAGGAAGGGGGCTGGACACC и GCGTTTACATCTGCCCCCATC
и гибридизационного зонда из 21 звена с нуклеотидной последовательностью
TCACGCTCCCCGCAATCGCTG,
взаимодействующих с иРНК РНК-азы L; праймеров из 23 звеньев с нуклеотидной последовательностью
TGAGACTCAGAACTTGGAAGGCC и TGCCACTGTTTCAGGATTTAAGG
и гибридизационного зонда из 23 звеньев с нуклеотидной последовательностью
TTCTGCCATAAGCCCTGTCCTCC,
взаимодействующих с иРНК Fas-АГ; праймеров из 21 звена с нуклеотидной последовательностью
TGCACCTGACGCCCTTCACCG и CCAGGTGTGCAGGTGCCGGTT
и гибридизационного зонда из 24 звеньев с нуклеотидной последовательностью
CCTCCCCCAGTTCACCCCGTCCCT,
взаимодействующих с иРНК Всl-2; праймеров из 21 звена с нуклеотидной последовательностью
GGGCGACCACTGGCATTGTC и GCGGTGGACGATGGAGGGGCC
и гибридизационного зонда из 21 звена с нуклеотидной последовательностью
ACCGGAACCGCTCATTGCCAA,
взаимодействующих с иРНК гамма-актина.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4