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WO2002066982A2 - ANALYSIS OF MODIFICATIONS AND DEMODIFICATIONS OF PROTEINS WITH UBIQUINTIN-RELATED PROTEINS BY FRET (FLUORESCENCE RESONANCE ENERGY TRANSFER) - Google Patents

ANALYSIS OF MODIFICATIONS AND DEMODIFICATIONS OF PROTEINS WITH UBIQUINTIN-RELATED PROTEINS BY FRET (FLUORESCENCE RESONANCE ENERGY TRANSFER)

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Publication number
WO2002066982A2
WO2002066982A2 PCT/EP2002/001781 EP0201781W WO02066982A2 WO 2002066982 A2 WO2002066982 A2 WO 2002066982A2 EP 0201781 W EP0201781 W EP 0201781W WO 02066982 A2 WO02066982 A2 WO 02066982A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
protein
ubiquitin
chromophore
proteins
donor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2002/001781
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2002066982A8 (en
WO2002066982A3 (en
WO2002066982A1 (en
Inventor
Frauke Melchior
Ulrike GÄRTNER
Tanja BÜSGEN
Andreas Gast
Andrea Pichler
Marion Schergaut
Sowmya Swaminathan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE2001108263 external-priority patent/DE10108263A1/en
Application filed by Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften filed Critical Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften
Publication of WO2002066982A2 publication Critical patent/WO2002066982A2/en
Publication of WO2002066982A1 publication Critical patent/WO2002066982A1/en
Publication of WO2002066982A8 publication Critical patent/WO2002066982A8/en
Publication of WO2002066982A3 publication Critical patent/WO2002066982A3/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Definitions

  • the present invention relates to methods for analyzing modifications of proteins with ubiquitin-related proteins and of demodifications of proteins linked to ubiquitin-related proteins. Furthermore, the present invention relates to methods for determining substances which influence these modifications or demodifications, as well as methods for detecting a defect in these modifications or demodifications. Finally, the present invention relates to a method of identifying target proteins for modification with ubiquitin-related proteins, as well as methods of making a pharmaceutical composition. Moreover, the invention relates to a kit, a fusion protein, a cell and an isopeptidase substrate and their uses in the analysis and / or diagnosis of ubiquitin-related modifications or demodifications of proteins.
  • ubiquitin or ubiquitin-related proteins such as SUMO1 or ⁇ edd ⁇
  • SUMO1 or ⁇ edd ⁇ ubiquitin or ubiquitin-related proteins
  • an isopeptide bond is attached between the carboxy-terminal end of ubiquitin (or the ubiquitin-related protein) and the ⁇ -amino group in lysine side chains of the target protein.
  • Elucidating enzymes, E2 conjugating enzymes, and (in part) E3 ligases are involved in this linkage.
  • Both the modification and the demodification of many target proteins are subject to regulation specific for the target protein (eg by target-protein-specific E3 ligases and isopeptidases and / or by cell-cycle or stress-dependent phosphorylation or dephosphorylation). Therefore, a diagnosis of modification of demodification of specific target proteins, as well as the inhibition or activation of these reactions as a basis for a disease treatment and appropriate diagnostics on.
  • Modification of proteins with ubiquitin or ubiquitin-related proteins results in a significant size change of the target protein and can be analyzed both in vivo and in vitro.
  • in vivo modification of the modification was usually by Western blot analysis of cell extracts with antibodies to the protein of interest or by immunoprecipitation of the modified protein and subsequent Western blot analysis with antibodies to the ubiquitin-related protein. This analysis often involves prior transfection of the cells with plasmids encoding either the ubiquitin-related protein or the protein to be modified.
  • FRET fluorescence resonance energy transfer
  • Boisclair and co-workers suggest using FRET technology to search for inhibitors of ubiquitination by fluorescently labeling probes (streptavidin and anti-Gst antibodies) with donor and acceptor chromophores (Boisclair et al , 2000). Although these procedures represent a simplification compared to the commonly used methods, they still require a considerable amount of manipulation, and are very susceptible to interference by the indirect detection methods, are poorly practicable in vivo, and at most semiquantitative. It was therefore an object of the present invention to provide a quantitative, rapid and in particular versatile test system for the analysis or the diagnosis of post-translational ubiquitin-related modifications or demodifications, which can be used both in vitro and in vivo. Another object of the present invention is to provide and use suitable components of this test system.
  • the term "quantitative" is used to express that, in contrast to other methods described so far, the signal to be measured is directly proportional to the measure of the linkage, since neither manipulations after the reaction has taken place nor probes for detecting the linkage have to be used , The ability of probes to recognize the reaction product is dependent on their affinity, as well as on the accessibility of the product, and thus is not linear in every concentration range. In addition, the previously described methods are susceptible to interference if additional binding partners for the reactants are present.
  • Kirschner et al. proposed method allows the analysis of the degree of coupling of a reaction mixture by the required manipulations only at a given time (end point measurement), our method allows non-invasive "on-line” measurements over the entire period of the reaction (100 measurements of a single reaction in the Distance of seconds or minutes are readily possible).
  • proteins of the ubiquitin family not only have the same three-dimensional folding, but are furthermore linked to target proteins via conserved mechanisms (Jentsch and Pyrowolakis, 2000), the person skilled in the art can now assume, for example, that fusion proteins between a fluorescent protein and a ubiquitin -related protein (including ubiquitin) can be used in the FRET technology.
  • the linkage may preferably be such that the ubiquitin-related protein is fused to the C-terminus of the fluorescent protein (analogously to the application examples).
  • target proteins to the corresponding ubiquitin-related proteins are more heterogeneous in fold and size
  • a fusion protein or otherwise fluorescently labeled target protein such that it can be used in the assay system.
  • N-terminal or C-terminal fusions with fluorescent proteins can be used.
  • the acceptor chromophore is possibly brought close to the modification site in the target protein in order to achieve efficient FRET.
  • the present invention relates to a method for the analysis of modifications of proteins with ubiquitin-related proteins, the method comprising the steps of: (a) providing a test system comprising (i) at least one target protein, comprising a covalently linked to the first chromophore of a donor-acceptor pair for fluorescence resonance energy transfer (FRET), (ii) at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair, (iii) Enzymes which cause the formation of an isopeptide bond between the at least one target protein and the at least one ubiquitin-related protein; (iv) ATP and / or an ATP derivative, and contacting components (i) - (iv) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) determining the amount of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein formed by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor
  • FRET flu
  • Proteins is as follows. A target protein linked to a donor chromophore becomes an acceptor chromophore-linked ubiquitin-related protein in the presence of the appropriate enzymes and energy in the form of ATP (or ATP derivatives such as AMP-PNP) incubated. The formation of the isopeptide bond brings donor and acceptor chromophores into close proximity, allowing FRET (see also FIG. 1). This is detected by means of a fluorescence meter (eg in microtiter plate fluorescence instruments) by exciting the donor chromophore by irradiation of the appropriate wavelength and measuring both donor and acceptor fluorescence as a function of reaction time.
  • ATP or ATP derivatives such as AMP-PNP
  • the invention relates to a method of analyzing demodifications of proteins associated with ubiquitin-related proteins, the method comprising the steps of: (a) providing a test system comprising (i) an isopeptidase substrate which a target protein covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET (fluorescence resonance energy transfer), and at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair , includes; these being linked together by an isopeptide bond between the ⁇ -amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group of the at least one ubiquitin-related protein; and (ii) at least one enzyme which effects cleavage of the isopeptide bond of the isopeptidase substrate; and contacting components (i) and (ii) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) determining the amount of
  • the ubiquitination is an enzymatically catalyzed formation of an isopeptide bond between the C-terminus of the 9-kDa polypeptide ubiquitin with the ⁇ -amino groups in the lysines of acceptor or target proteins.
  • This modification is reversible, ie a deubiquitination can take place in which the ubiquitin moiety can be cleaved off from the target protein by deubiquitinating enzymes (isopeptidases).
  • ubiquitination and deubiquitination refer to ubiquitin itself, while with respect to ubiquitin-related proteins in a broader sense, “modifications of proteins with ubiquitin-related proteins” or “ Demodifications of proteins associated with ubiquitin-related proteins "is mentioned.
  • ubiquitin-related protein is meant in a broader sense a protein structurally related to ubiquitin, and its C-terminal end linked by enzymatic reaction by means of an isopeptide bond to ⁇ -amino groups in lysines of the target proteins can.
  • this also includes ubiquitin itself in a broader sense (for review see Hershko and Ciechanover, 1998, Hochstrasser, 1998, Jentsch and Pyrowolakis, 2000, Melchior, 2000; Yeh et al., 2000). In a narrower sense, this term means such ubiquitin-related proteins to the exclusion of ubiquitin itself.
  • target protein a protein that can be linked by means of the appropriate enzymes by the formation of an isopeptide bond with ubiquitin or ubiquitin-related proteins.
  • the target protein is usually covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for fluorescence resonance energy transfer (FRET), while the at least one ubiquitin-related protein is covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair.
  • FRET fluorescence resonance energy transfer
  • Chromophores can be both low molecular weight substances, for example the indocyanine dyes Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy7 (available from Amersham International plc, GB) or also fluorescent proteins, such as certain GFPs ("Green Fluorescent Protein”) and mutant GFPs (available, for example, from Clontech Laboratories Ine, Palo Alto, Calif., USA).
  • the first chromophore is the FRET donor CFP ("Cyan Fluorescent Protein") and the second chormophore is the FRET acceptor YFP ("Yellow Fluorescent Protein").
  • FRET fluorescence resonance energy transfer
  • FRET is detectable by the decrease / loss of emission of the donor chromophore with simultaneous emission of the acceptor chromophore.
  • chromophores are used as donor-acceptor pairs for the FRET technology, and thus they can also be used for the methods described below.
  • fluorescein and rhodamine are here to be mentioned, which are commercially available in activated form and can be coupled to proteins according to standard protocols; and CFP and YFP, which can be generated by standard techniques of molecular biology and biochemistry as fusions with other proteins (plasmids encoding YFP and CFP proteins are also commercially available).
  • isopeptidase substrate herein is meant a substrate for an enzyme which removes ubiquitin or a ubiquitin-related protein from a target protein linked to ubiquitin or a ubiquitin-related protein by cleavage of the isopeptide bond.
  • this includes a target protein covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET and at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair in particular, these being linked to one another by an isopeptide bond between the ⁇ -amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group of the at least one ubiquitin-related protein.
  • ATP and / or an ATP derivative are required for this purpose, the latter may be the derivatives known to the person skilled in the art, in particular AMP-PNP or ATP ⁇ S (for example from Roche Diagnostics). It will be apparent to those skilled in the art, in light of the present disclosure, how the conditions suitable for the reaction under study, e.g. in terms of temperature or pH.
  • the target protein and / or the ubiquitin-related protein can be used in the form of a fusion protein with a fluorescent protein.
  • the at least one target protein is preferably mouse or human RanGAP1 (SWISS-PROT: P46061; SWISS-PROT: P46060) and the at least one ubiquitin-related protein for SUMO (small ubiquitin-related modifier), in particular SUMO1, SUMO2 and / or SUMO3.
  • the accession numbers (SWISS-PROT) for the human SUMO proteins are as follows: Q93068 (SUMO1); P55854 (SUMO2) and P55855 (SUMO3). These proteins are identical for the mouse (for a review, see also Melchior, 2000).
  • RanGAP1 and / or CFP may be used in the form of a fusion protein, in particular wherein the C-terminal domain of RanGAP1 is fused to the N- or C-terminal end of CFP.
  • SUMO and / or YFP can be used in the form of a fusion protein, particularly where amino acids 1-91 of SUMO1, amino acids of 1-92 of SUMO2, or amino acids 1-93 of SUMO3 are attached to the C-terminal end of YFP are merged.
  • the target protein, the ubiquitin-related protein and / or the respective enzymes can be used in the form of a purified protein (partial or to homogeneity) and / or a cell extract.
  • This may in particular be an extract of mammalian, insect, yeast and / or bacterial cells, which the person skilled in the art can prepare by means of suitable techniques.
  • This may in particular also be a derivative of the target protein, the ubiquitin-related protein and / or the enzymes.
  • derivative is understood here to mean a protein or polypeptide which has a sequence homology, in particular a sequence identity to the abovementioned proteins of at least 50%, such as at least 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%.
  • the present disclosure also encompasses nucleic acids which are suitable for the above-mentioned encode proteins or polypeptides.
  • nucleic acids which are suitable for the above-mentioned encode proteins or polypeptides. Examples of such related nucleic acids are nucleic acids from different human cells or tissues or allelic variants, as well as nucleic acids which can originate from different human individuals.
  • a nucleic acid encoding such a derivative means a nucleic acid having a homology, in particular a sequence identity to a nucleic acid encoding a protein mentioned above of at least 50%, such as at least 60%, 65%, 70%, 75 %, 80%, 85%, 90% or even 95%.
  • Suitable techniques and methods for the production and mutagenesis of nucleic acids as well as for gene expression and protein analysis are available to the person skilled in the art (see the following manuals: 1. Molecular Cloning: A Laboratory Manual (3rd Edition), Sambrook and Russell (2001) Spring Harbor Press, 2. Current Protocol in Protein Science, Coligan, JE, et al., (Quarterly updated), published by John Wiley & Sons, 3. Current Protocols in Molecular Biology, Ausubel FM, et al., Updated Quarterly. Publisher John Wiley & Sons.)
  • E3 enzyme exists, this can be isolated and identified, for example, by means of the method described in this application, and then optionally used in the proposed test systems.
  • the enzyme is one of the numerous ubiquitin isopeptidases (Review article by Chung and Baek, 1999). Proteins linked to the ubiquitin-related proteins SUMO are, for example, the previously known SUMO-specific isopeptidases Ulpl, Ulp2, Suspl and / or Senpl (original review of the cloning of SUMO-specific isopeptidases is reviewed in the review article Melchior Cited in 2000). If hitherto unidentified isopeptidases exist, they can be isolated and identified, for example, by means of the method described in this application, and then optionally used in the proposed test systems.
  • the present invention relates to a method for determining substances that affect the modification of a target protein with ubiquitin-related proteins, the method comprising the steps of: (a) providing a test system comprising (i) at least one target protein, covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET (ii) at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair (iii ) Enzymes which cause the formation of an isopeptide bond between the at least one target protein and the at least one ubiquitin-related protein, (iv) ATP and / or an ATP derivative, and (v) at least one substance to be tested; and contacting components (i) - (v) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) detecting the formation of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein and / or determining the amount of conjugate formed by determining FRET
  • the enzymes of step (a) (iii) are the corresponding E1 and E2 enzymes, optionally in combination with at least one E3 enzyme.
  • the El enzyme is the Aosl / Uba2 heterodimer and the E2 enzyme is the Ubc9 protein.
  • the at least one substance to be tested is a protein or polypeptide, in particular an E3 ligase, isopeptidase, kinase or phosphatase, or a derivative as defined above thereof, or a low-molecular substance, in particular an inhibitor or activator.
  • the "low molecular weight substance” may be any inorganic or organic molecule or ion which is tested for its ability to influence the enzymatic reaction in the described test system, in particular to activate or inhibit this reaction.
  • the low molecular weight substance has a molecular weight of at most 2500, in particular at most 2,250, 2,000, 1,900, 1,800, 1,700, 1,600, 1,500, 1,400, 1,300, 1,250, 1,200, 1,100, 1,000, 900, 800, 750, 700, 600, 500 , 450, 400, 350, 300, 250 and 200.
  • these may be molecules having a linear structure such as peptides, in particular oligopeptides, peptoids, linear oligosaccharides, nucleotides, in particular oligonucleotides, and their analogs, or, for example Monomers, such as heterocycles, in particular nitrogen heterocycles, or molecules with a nonlinear structure, such as branched oligosaccharides.
  • Low molecular weight inorganic compounds may be, for example, arsenic and antimony compounds.
  • the protein or derivative thereof is from an expression library (Büssow et al., 2000) and / or the low molecular weight substance or a combinatorial library, especially a combinatorial peptide, non-peptide or "drug-like small molecule” bank (eg from Tecnogen SCpA Piana di Monte Verna, CE, Italy; ChemBridge Corporation, San Diego, USA; or Advanced ChemTech Europe Ltd, Cambridgeshire, UK) or from a cell extract can be present and / or in purified form, partially or to homogeneity.
  • an expression library Büssow et al., 2000
  • a combinatorial library especially a combinatorial peptide, non-peptide or "drug-like small molecule" bank (eg from Tecnogen SCpA Piana di Monte Verna, CE, Italy; ChemBridge Corporation, San Diego, USA; or Advanced ChemTech Europe Ltd, Cambridgeshire, UK) or from a cell extract can be present and / or in purified
  • Another aspect relates to a method for determining substances that affect the demodification of a protein associated with at least one ubiquitin-related protein, the method comprising the steps of: (a) providing a test system comprising (i) a An isopeptidase substrate comprising a target protein covalently linked to a first chromophore of a donor acceptor pair for fluorescence energy transfer (FRET) and at least one ubiquitin-related protein conjugated to a second chromophore of the donor-acceptor pair covalently linked; these being linked to one another by an isopeptide bond between the ⁇ -amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group of the at least one ubiquitin-related protein; (ii) at least one enzyme which effects cleavage of the isopeptide bond of the isopeptide substrate; and (iii) at least one substance to be tested; and contacting the components (i) - (iii) under conditions which
  • the at least one substance to be tested can be a protein or polypeptide, in particular a binding partner for the target protein, a kinase or phosphatase or a derivative thereof or a low molecular weight substance, in particular an inhibitor or activator, as defined above.
  • Suitable quantitative and qualitative tests for example ELISA methods, co-immunoprecipitation, microcalorimetry, etc., are available to the person skilled in the art in order to determine whether the protein or polypeptide is nonspecific or specific the target protein binds and thus represents a binding partner for the target protein (various techniques are described, for example, in Current Protocol in Protein Science, Coligan, JE et al., (updated quarterly), John Wiley & Sons.).
  • binding is considered to be specific if the binding affinity is at least 10 -6 M, preferably 10 -7 , 10 -8 , 10 -9, or 10 -10 M.
  • suitable methods and materials eg combinatorial libraries, will be apparent to those skilled in the art , for screening, in particular HTS screening, of substances to be tested.
  • the first chromophore is a first fluorescent protein and the second chromophore is a second fluorescent protein, in particular the chromophore is the FRET donor CFP ("Cyan Fluorescent Protein ”) and the second chromophore of the FRET acceptor YFP (" Yellow Fluorescent Protein ").
  • the target protein and / or ubiquitin-related protein can be used in the form of a fusion protein with a fluorescent protein. The person skilled in the art is familiar with suitable methods for producing such fusion proteins.
  • the at least one target protein is RanGAP1 and the at least one ubiquitin-related protein is SUMO (small ubiquitin-related modifier), in particular SUMO1, SUMO2 and / or SUMO3.
  • SUMO small ubiquitin-related modifier
  • a fusion protein of SUMO and YFP can be used, in particular amino acids 1-91 of SUMO1, amino acids of 1-92 of SUMO2 or amino acids 1-93 of SUMO3 fused to the C-terminal end of YFP.
  • the target protein, the ubiquitin-related protein and / or the enzymes may be used in the form of a purified protein, partially or to homogeneity, or a cell extract.
  • a purified protein partially or to homogeneity
  • a cell extract can be prepared by means of those skilled in the art are made of mammalian, insect, yeast and / or bacterial cells.
  • combinatorial libraries are used to test substances for effecting the enzymatic reaction, it may be desirable to verify and / or determine the identity of the substance or substance being tested in a further step.
  • Molecular biology, biochemical and / or biophysical methods such as protein and / or nucleic acid sequence analysis and eg the various methods of mass spectrometry, such as matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry (MALDI-MS), are available for this purpose.
  • mass spectrometry such as matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry (MALDI-MS)
  • MALDI-MS matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry
  • a particular embodiment is a so-called "cell based assay".
  • the contacting of the corresponding components in a cell in particular a cell outside the human or animal body is effected, with mammalian or yeast cells are preferred.
  • the fusion protein of the target protein and the first fluorescent protein and / or the fusion protein of the ubiquitin-related protein and the second fluorescent protein can be expressed in the cell.
  • the at least one substance to be tested can likewise be expressed in the cell, preferably by transfecting the cell with a cDNA coding for this substance, and / or the cell is incubated with the at least one substance to be tested.
  • the present invention relates to a method for detecting a defect in the modification of protein with ubiquitin-related protein or in the demodification of proteins associated with ubiquitin-related proteins. It is probable that defects in the Modification and demodulation of specific target proteins are involved in a variety of diseases, as among the target proteins for this post-translational modification are growth factors, tumor suppressors and proto-oncogenes.
  • the method for detecting a defect in the modification of proteins with ubiquitin-related proteins comprises the following steps: (a) providing a test system comprising (i) at least one target protein conjugated to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET ( Flurescence Resonance Energy Transfer) and (ii) at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair; (iii) at least one cell extract to be tested; and contacting components (i) - (iii) under conditions permitting formation of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein; and (b) determining the amount of conjugate formed by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair.
  • FRET Flurescence Resonance Energy Transfer
  • the method for detecting a defect in the demodification of proteins linked to ubiquitin-related proteins comprises the following steps: (a) providing a test system comprising (i) an isopeptidase substrate containing a target protein which is linked to covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET, and at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair; in particular, this being due to an isopeptide bond between the ⁇ -amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group the at least one ubiquitin-related protein are linked together; and (ii) at least one cell extract to be tested; and contacting components (i) - (ii) under conditions permitting cleavage of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein; and (b) determining the amount of cleaved conjugate by determining FRET, in particular the decrease in FRET
  • the cell extract to be tested can each originate from cells of tissue of an individual to be examined and / or cells from cell culture.
  • the person skilled in the art is familiar with suitable methods for producing such cell extracts.
  • a novel method for identifying target proteins for modification with ubiquitin-related proteins comprises the following steps: (a) providing a test system comprising (i) at least one target protein to be tested which is linked to a first (Ii) at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair, (iii) enzymes, the cause the formation of an isopeptide bond between the at least one target protein and the at least one ubiquitin-related protein; (iv) ATP and / or an ATP derivative; and contacting components (i) - (iv) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) detecting the formation of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein and / or determining the amount of conjugate formed by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair.
  • This method allows screening for target proteins for certain ubiquitin-related proteins.
  • the contacting of the preceding constituents of the test system in a cell in particular in a cell outside of the human or animal body, with a mammalian or yeast cell being preferred.
  • the at least one target protein to be tested can be used in the form of a fusion protein with a first fluorescent protein, preferably a fusion protein with the FRET donor CFP.
  • a fusion protein originates from an expression library and can be introduced, for example, by means of a cDNA coding for this fusion protein into a cell and expressed therein.
  • the second chromophore is a second fluorescent protein, preferably the FRET acceptor YFP, and, for example, the at least one ubiquitin-related protein is expressed in the form of a fusion protein with the second fluorescent protein in a cell.
  • a ubiquitin-related protein is SUMO (small ubiquitin-related modifier), in particular SUMO1, SUMO2 and / or SUMO3.
  • a fusion protein comprising SUMO and YFP may be used, wherein in particular amino acids 1-91 of SUMO1, amino acids 1-92 of SUMO2 or amino acids 1-93 of SUMO3 are fused to the C-terminal end of YFP.
  • step (a) (ii) of the aforementioned process see also Hershko and Ciechanover, 1998, Hochstrasser, 1998, Jentsch and Pyrowolakis, 2000, Melchior, 2000, Yeh et al., 2000). So he will use appropriate El and E2 enzymes, optionally in combination with at least one E3 enzyme.
  • the El - enzyme can be the Aosl / Uba2 heterodimer and the E2 enzyme the Ubc9 protein.
  • the at least one target protein to be tested may also be a derivative, as defined above, of a known target protein, for example certain mutants.
  • a derivative of the ubiquitin-related protein and / or the enzymes may also be used.
  • this can be done by means of molecular biological, biochemical and / or biophysical methods known to the person skilled in the art as described above.
  • the inventors propose a kit for the detection of modifications of proteins with ubiquitin-related proteins, which comprises the following components: (i) at least one target protein and / or derivative thereof, which is linked to a first chromophore of a donor-acceptor protein.
  • Couple for FRET Fluorescence Resonance Energy Transfer
  • FRET Fluorescence Resonance Energy Transfer
  • optionally (iii) enzymes which cause the formation of an isopep tide bond between the at least one target protein and the at least one ubiquitin-related protein and / or at least one nucleic acid coding for this purpose
  • ATP and / or an ATP derivative are apparent from the foregoing description.
  • a fusion protein comprising SUMO and a fluorescent protein, preferably YFP, wherein in particular amino acids 1-91 of SUMO1, amino acids 1-91 of SUMO2 or amino acids 1-93 of SUMO3 with the C- terminal end of YFP are fused.
  • a fusion protein is also proposed which comprises RanGAP1 and a fluorescent protein, preferably CFP, whereby, for example, the C-terminal domain of RanGAP1 may be fused to the N- or C-terminal end of CFP.
  • Nucleic acids encoding the fusion proteins are also provided.
  • a cell is provided, in particular a mammalian cell outside the human or animal body or a yeast cell which expresses one or both of the aforementioned fusion proteins.
  • an isopeptidase substrate comprising a targeting protein covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET (Fluorescent Resonance Energy Transfer), and a ubiquitin-related protein that modifies the targeting protein and covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair, wherein the target protein and the ubiquitin-related protein are linked via at least one isopeptide bond.
  • the latter two proteins may also be derivatives as defined above.
  • the at least one isopeptide bond is between at least one ⁇ -amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group of the ubiquitin-related protein.
  • the ubiquitin-related protein is SUMO, in particular SUMO1, SUMO2 or SUMO3.
  • the target protein for SUMO may be one of the following proteins, or still to be identified Protein: RanGAPl, RanBP2, PML, SplOO, I ⁇ B ⁇ , D. melanogaster Dorsal, ⁇ 53, c-Jun, HIPK2, S. cere- visiae CDC3 , S. cerevisiae Cdcll, S. cerevisiae Sep7 / Shsl, hCMV BEI, hCMV IE2, D.
  • the first one The first chromophore is a first fluorescent protein and the second chromophore is a second fluorescent protein, preferably wherein the first chromophore is the FRET donor CFP ("cyan fluorescent protein") and the second chromophore is the FRET acceptor YFP ("yellow fluorescent protein").
  • the target protein and / or ubiquitin-related protein is used in the form of a fusion protein with a fluorescent protein, eg in the form of CFP-RanGAP1 and / or YFP-SUMO.
  • the inventors propose the use of a kit, a fusion protein, and / or a cell, each as described above, for the analysis of modifications of proteins with ubiquitin-related proteins, for the determination of materials which inhibit the proteins Modification of a target protein with ubiquitin-related proteins, for the identification of target proteins for the modification with ubiquitin-related proteins and / or for the diagnosis, in particular for the detection of a defect in the modification of proteins with ubiquitin-related proteins before.
  • the use of the described isopeptidase substrate for the analysis of demodifications of proteins with ubiquitin-related proteins, for determining substances which influence the demodification of a target protein with ubiquitin-related proteins, and / or for the diagnosis, in particular for the detection of a Defect in the demodification of proteins with ubiquitin-related proteins provided.
  • the first method comprises, in a first step, the steps described above for determining substances that (i) affect the modification of a target protein with ubiquitin-related proteins, or (ii) the demodification of a protein that associates with at least one ubiquitin-related protein and, in a second step, mixing the tested and / or identified substance with a pharmaceutically acceptable carrier known to those skilled in the art (see, for example, Sucker et al. 1991).
  • the second method comprises in a first step the steps described above for identifying a target protein for ubiquitin-related proteins, and in a second step mixing the identified target protein or a derivative thereof with a pharmaceutically acceptable carrier.
  • the present disclosure thus provides effective methods of identifying agents, compounds, or so-called “lead compounds” for drugs that directly or indirectly affect the modification or demodification with ubiquitin-related proteins.
  • the identified substances and / or target proteins may be used by automated and cost-effective HTS methods to screen combinatorial libraries for providing effective components of drugs. The latter are then optimized by conventional methods for their activity and minimal toxicity.
  • Clinical applications include the treatment of viral diseases, neurodegenerative diseases, tumors, inflammation and immune system diseases.
  • Ubiquitin-related proteins are covalently attached to a variety of cellular proteins in enzyme-mediated reactions. At least one isopeptide bond between the ubiquitin formed related protein and the target protein. Isopeptidases can cleave this bond again. Utilizing "Fluorescence Resonance Energy Transfer” (FRET), both the linkage (modification) and the cleavage (demodification) in solution can be studied in solution.
  • FRET Fluorescence Resonance Energy Transfer
  • Both the linkage (modification) and the cleavage (demodification) in solution can be studied in solution.
  • Fig. 2 shows the reconstitution of SUMO 1 modification with fluorescent fusion proteins and recombinant enzymes.
  • Antibodies (upper part of Fig. 1), or analyzed with anti-GFP antibodies (lower part).
  • ATP as standard, but without ATP.
  • + SUMO as standard, but with excess of nonfluorescent SUMO1.
  • Fig. 3 shows the detection of SUMO 1 modification of fluorescent fusion proteins by FRET.
  • Fig. 4 shows the analysis of inhibitors of modification in the FRET test system.
  • Fig. 5 shows the analysis of isopeptidase activity in the FRET test system.
  • isopeptidase substrate consisting of the conjugate of CFP-RanGAP (aa 400-589) and YFP-SUMO1 (aa 1-97)
  • isopeptidase substrate consisting of the conjugate of CFP-RanGAP (aa 400-589) and YFP-SUMO1 (aa 1-97)
  • Gst-Ulpl recombinant isopeptidase
  • the 20 kDa C-terminal domain of the SUMO 1 target protein RanGAP1 was inserted into the pE vector.
  • CFP (Clontech), expressed as cyan fluorescent protein (CFP) fusion protein in E. coli and partially purified via DEAE-Sepharose and gel filtration.
  • SUMO1 human, As. 1-97; GenBank: U67122; Mahajan et al., 1997) was cloned into the vector pE-YFP (Clontech), expressed as Yellow Fluorescent Protein (YFP) fusion protein in E. coli and transduced therefrom DEAE sepharose and gel filtration partially purified.
  • pE-YFP Yellow Fluorescent Protein
  • the coding region of Ubc9 (mouse, GenBank: U94402) was cloned into the Ndel and BamHI sites of the vector pET23a (Novagen, Madison, USA), expressed in E. coli and purified by S-Sepharose and gel filtration.
  • the El heterodimer Aos1 / Uba2 (human Uba2, GenBank: AF090384, human Aos1, GenBank: NM_005500) was obtained by simultaneous expression of both subunits in E. coli from the plasmids pETI1d (Uba2) and pET28a (Aos1) (plasmids from Novagen, Madison , USA).
  • Aosl was expressed with an N-terminal His6 tag. Purification was first by binding and elution of ProBond TM Resin (Invitrogen, Groningen, The Netherlands), then by gel filtration followed by chromatography on Q-sepharose.
  • Ulpl was expressed as a Gst fusion protein in E. coli and purified by glutathione sepharose and gel filtration.
  • the expression plasmid (Li and Hochstraser, 1999) was used by Dr. med. Mark Hochstrasser, Yale, USA.
  • the recombinant proteins Aosl / Uba2, Ubc9, YFP-SUMO1 and CFP-RanGAP described under 1. were combined in 386-well microtiter plates, ATP was added to initiate the reaction, and the fluorescence meter Fluoroskan Ascent FL from the company Labsystems GmbH (Frankfurt, Germany) at 38 ° C for up to 120 minutes every 30 or 60 seconds measured. In this case, light of wavelength 430 nm (optimum excitation wavelength for CFP) was inserted. radiates and the fluorescence at the wavelengths 485 nm (maximum of the emission of CFP) and 527 nm (maximum of the emission of YFP) measured.
  • samples were incubated for 30 min, taken in SDS-PAGE sample application buffer, and by Western blot analysis with anti-RanGAPl (Mahajan et al., 1997) or anti-GFP antibodies (available from Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz , USA).
  • Isopeptidase substrate consisting of the conjugate of CFP-RanGAP (As. 400-589) and YFP-SUMO1 (or YFP-SUMO2) was generated by first recombining the recombinant proteins Aosl / Uba2, Ubc9, YFP- described in 1.
  • SUMO1 (or YFP-SUMO2) and CFP-RanGAP were incubated in the presence of ImM ATP at 30 ° C for 30 min, and the reaction mixture after linking YFP-SUMO and CFP-RanGAP via gel filtration of remaining ATP was freed.
  • the samples were incubated for 30 min, incubated in SDS-PAGE sample application buffer, and by Western blot analysis with anti-RanGAPI (Mahajan et al, 1997) or anti-GFP antibodies (available from Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, USA). Quantitative detection of the modification / demodulation of a ubiquitin-related protein and the influence of inhibitors on this reaction
  • RanGAP1 a protein involved in the transport of nuclear proteins, is covalently linked to the ubiquitin-related protein SUMO1 (Mahajan et al., 1997; Mahajan et al., 1998). This modification alters the cytoplasmic localization of the unmodified RanGAP1 by allowing a stable association of the RanGAP1 with the nuclear pore complex protein RanBP2. Modification of RanGAP1 with SUMOI can be reconstituted in vitro by using either mammalian cell extracts or purified (recombinant) enzymes as the enzyme source and starting and measuring the modification reaction as shown in Example 2.
  • FIG. 3A shows the actually measured data
  • FIG. 3B shows the quotients of the emis- Increases in the quotient correlated strictly with the appearance of conjugation under all circumstances tested, and is therefore dependent on the presence and concentration of the appropriate enzymes (either recombinant or in the form of cell extracts), and energy ( in the form of ATP or other useful nucleotides).
  • a FRET signal could be relieved by an inhibitor of the enzymes (e.g., N-ethylmaleimide) or nonfluorescent competitors (e.g., recombinant RanGAPl or SUMOI).
  • An already generated FRET signal could be destroyed if, after removal of ATP by the hexokinase and glucose, cell extracts with isopeptidase activity were added.
  • 4 shows by way of example the signal changes as a function of a competitive inhibitor (RanGAP1, FIG. 4A) and of a noncompetitive inhibitor (Gst-RanBP2, FIG. 4B), which very stably binds to Ubc9 and thereby deprives it of the reaction).
  • this method was used to screen mutants of SUMO1 and RanGAP1 for their conjugation ability by adding the mutants as nonfluorescent competitors. Conjugating mutants reduced / prevented FRET, whereas certain non-conjugating mutants did not affect FRET.
  • Fig. 5 exemplifies the demodification by the yeast isopeptidase Ulpl. Furthermore, the isopidotidase activity in total extracts and in cell fractions of HeLA cells could be quantitatively determined by the FRET method (data not shown).
  • In Vitro Procedure This can be done, for example, by presenting all components to be provided for in vitro modification, including the acceptor-labeled ubiquitin-related protein and the corresponding donor-labeled target protein in microtiter plates, and unknown recombinant proteins, eg, from expression libraries in "High Throughput Screening" (HTS) methods (eg when using N-terminal His-tags on the fusion proteins), or added to cell extract fractions or purified proteins. Changes in the reaction kinetics indicate an influence of the unknown protein on the modification.
  • HTS High Throughput Screening
  • the identification of such proteins in vivo can be carried out by transfecting a cell line which expresses the acceptor-labeled ubiquitin-related protein and the donor-labeled target protein simultaneously or transiently with cDNAs which have been transfected Lead expression of unknown proteins.
  • the decrease or enhancement of the (steady state) FRET signal indicates an influence of the protein to be tested on the modification.
  • Example 5 The in vivo and in vitro test methods described in Example 5 can equally be used to systematically identify substances that inhibit or activate the modification of a defined ubiquitin-related protein with a defined target protein.
  • In vitro methods this can be done, for example, by providing all components to be provided for in vitro modification, including the acceptor-labeled ubiquitin-related protein and the corresponding donor-labeled target protein in microtiter plates, and unknown substances, e.g. from a so-called combinatorial "Small Molecule Library", be tested in the HTS process for an effect on the reaction kinetics.
  • In vivo methods The identification of such substances in vivo can be carried out, for example, by incubating a cell line which expresses the acceptor-labeled ubiquitin-related protein and the donor-labeled target protein simultaneously or transiently with these substances. The decrease or enhancement of the FRET signal indicates an influence of the substance to be tested on the modification. 7. Analysis and / or identification of mutants
  • the in vivo and in vitro test methods described above may equally be used to analyze and / or identify mutants of known ubiquitin-related proteins, known target proteins, and / or the modifying / demodifying enzymes.
  • Variants of the test methods described above can be used in diagnostics. This is e.g. desirable when defects in the modification of a particular (target) protein contribute to certain diseases or are associated with certain diseases and / or disorders.
  • the ability of various cell extracts (eg made from tissue or from cell cultures) to modify a particular target protein can be quantified by incubating the corresponding pair of FRET donor and FRET acceptor-labeled proteins with defined amounts of an extract to be tested and the occurrence of the FRET signal is determined time-dependently.
  • the in vivo and in vitro assays described herein may be used to systematically identify novel target proteins for the modification of ubiquitin-related proteins by substituting a known unknown and / or unidentified donor chromophore-labeled proteins to be tested, for example from an expression library or a combinatorial bank, in combination with the acceptor CmOmophore-labeled ubiquitin-related protein.
  • Identification by means of in / tro methods This may be e.g. all of the ingredients to be provided for in vitro modification, including a YFP-labeled ubiquitin-related protein in microtiter plates, and unknown recombinant CFP fusion proteins are added thereto.
  • FRET signals should arise here only if the unknown protein is covalently linked to the YFF-labeled ubiquitin-related protein (in this case, FRET arises only as a function of energy and enzyme addition) or does not interact covalently with it (energy- and enzyme-independent) ,
  • unknown recombinant CFP fusion proteins can be obtained from expression libraries in HTS procedures (e.g., using N-terminal His tags to the fusion proteins).
  • this can be done by transfecting cells that stably or transiently express the YFP-ubiquitin-related protein with cDNAs that result in the expression of unknown proteins fused to CFP.
  • the analysis then takes place, for example, in microtiter plate fluorescence measuring devices and / or with fluorescence microscopes which are equipped with the corresponding FRET filters.
  • the appearance of FRET signals indicates the linkage of the unknown protein to the known ubiquitin-related protein. This can additionally be independently verified by appropriate controls (eg mobility change in the SDS gel and use of mutant proteins that can no longer be linked).
  • appropriate controls eg mobility change in the SDS gel and use of mutant proteins that can no longer be linked.
  • all cells containing the enzymes suitable for the linkage can be considered (endogenous or due to manipulations).
  • Ubiquitination or modification with SUMO and its Homologs can therefore be studied, for example, both in established cultures of mammalian cells and in the baker's or fission yeast.

Abstract

L'invention concerne des procédés permettant d'analyser des modifications de protéines avec des protéines apparentées à l'ubiquitine et des démodifications de protéines liées à des protéines apparentées à l'ubiquitine. L'invention se rapporte en outre à des procédés permettant de déterminer des substances qui influencent ces modifications ou ces démodifications, ainsi qu'à des procédés permettant de détecter un défaut dans ces modifications ou ces démodifications. L'invention concerne enfin un procédé permettant d'identifier des protéines cibles pour la modification avec des protéines apparentées à l'ubiquitine, ainsi que des procédés de production d'une composition pharmaceutique. Par ailleurs, l'invention concerne un nécessaire, une protéine de fusion, une cellule et un substrat à isopeptidase, ainsi que leur utilisation dans l'analyse et/ou le diagnostic de modifications ou de démodifications de protéines avec des protéines apparentées à l'ubiquitine.The present invention provides methods for assaying protein modifications with ubiquitin-related proteins and protein demodifications related to ubiquitin-related proteins. The invention further provides methods for determining substances that influence such modifications or demodifications, as well as methods for detecting a defect in such modifications or demodifications. The invention further relates to a method for identifying target proteins for modification with ubiquitin-related proteins, as well as methods for producing a pharmaceutical composition. Furthermore, the invention relates to a kit, a fusion protein, a cell and an isopeptidase substrate, and their use in the analysis and / or diagnosis of protein modifications or demodifications with proteins related to ubiquitin.

Description

Analyse von Modifizierungen und Demodifizierungen von Proteinen mit U- biquitin-verwandten Proteinen mittels FRET (Fluorescence Resonance Ener- gy Transfer) Analysis of Modifications and Demodifications of Proteins with U-biquitin-Related Proteins Using FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer)

Die vorliegende Erfindung betrifft Nerfahren zur Analyse von Modifizierungen von Proteinen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen und von Demodifizierungen von Proteinen, die mit Ubiquitin-verwandten Proteinen verknüpft sind. Desweite- ren betrifft die vorliegende Erfindung Nerfahren zum Bestimmen von Stoffen, die diese Modifizierungen bzw. Demodifizierungen beeinflußen, sowie Nerfahren zum Nachweis eines Defekts in diesen Modifizierungen bzw. Demodifizierungen. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Nerfahren zur Identifizierung von Zielproteinen für die Modifizierung mit Ubiquitin-verwandten Proteinen als auch Verfahren zur Herstellung einer pharmazeutischen Zusammensetzung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Kit, ein Fusionsprotein, eine Zelle und ein Isopeptidase-Substrat und deren Verwendungen in der Analytik und/oder Diagnostik von Ubiquitin-verwandten Modifizierungen bzw. Demodifizierungen von Proteinen.The present invention relates to methods for analyzing modifications of proteins with ubiquitin-related proteins and of demodifications of proteins linked to ubiquitin-related proteins. Furthermore, the present invention relates to methods for determining substances which influence these modifications or demodifications, as well as methods for detecting a defect in these modifications or demodifications. Finally, the present invention relates to a method of identifying target proteins for modification with ubiquitin-related proteins, as well as methods of making a pharmaceutical composition. Moreover, the invention relates to a kit, a fusion protein, a cell and an isopeptidase substrate and their uses in the analysis and / or diagnosis of ubiquitin-related modifications or demodifications of proteins.

Eine Vielzahl von Proteinen werden in ihrer Aktivität, Lokalisation und Stabilität durch kovalente Nerknüpfung mit Ubiquitin oder Ubiquitin-verwandten Proteinen wie SUMO1 oder Νeddδ beeinflußt (Hershko and Ciechanover, 1998; Hochstras- ser, 1998; Jentsch and Pyrowolakis, 2000; Melchior, 2000; Yeh et al, 2000). Da- bei wird in einer Kaskade von enzymatischen Schritten eine Isopeptidbindung zwischen dem Carboxy-terminalen Ende von Ubiquitin (oder dem Ubiquitin- verwandten Protein) und der ε-Aminogruppe in Lysin-Seitenketten des Zielproteins geknüpft. An der Nerknüpfung beteiligt sind sog. El aktivierende Enzyme, E2 konjugierende Enzyme und (zum Teil) E3-Ligasen. Durch die Aktivität von Isopeptidasen, die diese Bindung wieder spalten können, sind diese posttranslati- onalen Modifizierungen reversibel (Chung and Baek, 1999; Wilkinson, 1997). Die Ubiquitinierung (und der darauf folgende Abbau) und die entsprechende Modifizierung mit Ubiquitin-verwandten Proteinen scheinen für eine Vielzahl zellulärer Prozesse wie Zellzykluskontrolle, Signaltransduktion, intrazellulären Transport oder Apoptose, aber auch für viele pathologische Szenarien (Nirusinfektionen, Tumorentstehung, Νeurodegenerative Krankheiten etc.) von großer Bedeutung zu sein (Bonifacino and Weissman, 1998; Pagano, 1997; Schwartz and Ciechanover, 1999). Sowohl die Modifizierung als auch Demodifizierung vieler Zielproteine unterliegt einer für das Zielprotein spezifischen Regulation (z.B. durch Zielprotein-spezifische E3-Ligasen und Isopeptidasen und/oder durch Zellzyklus- oder Streß-abhängige Phosphorylierung oder Dephosphorylierung). Daher bietet sich eine Diagnose der Modifizierung Demodifizierung spezifischer Zielproteine sowie der Hemmung bzw. der Aktivierung dieser Reaktionen als Grundlage für eine Krankheitsbehandlung und entsprechende Diagnostik an.A variety of proteins are affected in their activity, localization and stability by covalent linkage with ubiquitin or ubiquitin-related proteins such as SUMO1 or Νeddδ (Hershko and Ciechanover, 1998, Hochstrasser, 1998, Jentsch and Pyrowolakis, 2000, Melchior, 2000; Yeh et al, 2000). In a cascade of enzymatic steps, an isopeptide bond is attached between the carboxy-terminal end of ubiquitin (or the ubiquitin-related protein) and the ε-amino group in lysine side chains of the target protein. Elucidating enzymes, E2 conjugating enzymes, and (in part) E3 ligases are involved in this linkage. The activity of isopeptidases, which can cleave this binding, reverses these posttranslational modifications (Chung and Baek, 1999, Wilkinson, 1997). The Ubiquitination (and its subsequent degradation) and modification with ubiquitin-related proteins appear to be useful for a variety of cellular processes such as cell cycle control, signal transduction, intracellular transport or apoptosis, but also for many pathological scenarios (viral infections, tumorigenesis, neurodegenerative diseases, etc.) (Bonifacino and Weissman, 1998; Pagano, 1997; Schwartz and Ciechanover, 1999). Both the modification and the demodification of many target proteins are subject to regulation specific for the target protein (eg by target-protein-specific E3 ligases and isopeptidases and / or by cell-cycle or stress-dependent phosphorylation or dephosphorylation). Therefore, a diagnosis of modification of demodification of specific target proteins, as well as the inhibition or activation of these reactions as a basis for a disease treatment and appropriate diagnostics on.

Die Modifizierung von Proteinen mit Ubiquitin oder Ubiquitin-verwandten Proteinen führt zu einer signifikanten Größenänderung des Zielproteins und kann sowohl in vivo als auch in vitro analysiert werden. Bisher erfolgte die Analyse der Modifizierung in vivo üblicherweise durch Westernblot-Analyse von Zellextrakten mit Antikörpern gegen das zu untersuchende Protein oder durch Immunpräzi- pitation des modifizierten Proteins und nachfolgende Westernblot-Analyse mit Antikörpern gegen das Ubiquitin-verwandte Protein. Diese Analyse beinhaltet häufig eine vorhergehende Transfektion der Zellen mit Plasmiden, die entweder das Ubiquitin-verwandte Protein oder das zu modifizierende Protein kodieren.Modification of proteins with ubiquitin or ubiquitin-related proteins results in a significant size change of the target protein and can be analyzed both in vivo and in vitro. Previously, in vivo modification of the modification was usually by Western blot analysis of cell extracts with antibodies to the protein of interest or by immunoprecipitation of the modified protein and subsequent Western blot analysis with antibodies to the ubiquitin-related protein. This analysis often involves prior transfection of the cells with plasmids encoding either the ubiquitin-related protein or the protein to be modified.

Eine in vt'tro-Rekonstitution von Ubiquitinierungen bzw. Modifizierungen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen wird bisher durchgeführt, indem gereinigte oder rekombinante Zielproteine, gereinigtes oder rekombinantes Ubiquitin oder Ubiquitin-verwandte Proteine und die entsprechenden gereinigten oder rekombinan- ten Enzyme (oder Zellextrakte, welche die notwendigen Enzyme enthalten) in Anwesenheit von ATP für eine definierte Zeit inkubiert werden. Die Analyse der Modifizierung erfolgt anschliessend durch SDS-PAGE, gefolgt von Western- Transfer und I rimunanfärbung, oder (bei Verwendung von radioaktiv markierten Proteinen) durch SDS-PAGE gefolgt von Autoradiographie (siehe, z.B., Buschmann et al., 2000; Deng et al., 2000; Kaiser et al, 2000).An in vt 'tro-reconstitution of ubiquitylations or modifications with the ubiquitin-related proteins is so far performed by purified or recombinant target proteins, purified or recombinant ubiquitin or ubiquitin-related proteins and the corresponding purified or rekombinan- ten enzymes (or cell extracts containing containing the necessary enzymes) in the presence of ATP for a defined time. The analysis of Modification is then performed by SDS-PAGE, followed by Western transfer and I rimun staining, or (using radiolabeled proteins) by SDS-PAGE followed by autoradiography (see, eg, Buschmann et al., 2000, Deng et al. 2000, Kaiser et al., 2000).

Ein Nerfahren zum Nachweis von Inhibitoren des Ubiquitin-abhängigen Abbaus von regulatorischen Proteinen des Zellzyklus wurde von Kirschner et al. (US 5,726,025) beschrieben. Dieses Dokument beschreibt u.a. ein quantitatives Testverfahren für das Maß der Ubiquitinierung. Es wird dabei vorgeschlagen, das zu ubiquitinierende Protein oder aber Ubiquitin mit einem Fusionsanteil zu versehen oder mit Biotin oder einem Fluorochrom zu markieren und es nach Ablauf der Reaktion aus den Zellen oder dem Reaktionsgemisch mittels sog. "Pull downs" oder ELISA-verwandter Techniken zu entfernen und die Modifizierung nachzuweisen. Ein generelles Nerfahren zum Nachweis von posttranslationalen Modifi- zierungen (u.a. der Modifizierung mit Ubiquitin oder Ubiquitin-verwandten Proteinen) mit Hilfe des sog. "Fluorescence Resonance Energy Transfers" (FRET) wurde von Bastiaens und Parker (WO 00/43780) beschrieben. Die Autoren schlagen vor, das Zielprotein fluoreszent zu markieren und die Modifizierung mittels einer ebenfalls fluoreszent markierten Sonde, welche nur das modifizierte Protein erkennt (z.B. ein anti-Ubiquitin-Antikörper), nachzuweisen. Auch hierin wird vorgeschlagen, ein solches Nerfahren in sog. "Drag screenings" zu verwenden. Ähnlich schlagen Boisclair und Mitarbeiter vor, die FRET-Technologie für die Suche nach Inhibitoren der Ubiquitinierung zu verwenden, indem Sonden (Strep- tavidin und Anti-Gst-Antikörper) mit Donor- und Akzeptor-Chromophoren fluo- reszent markiert werden (Boisclair et al., 2000). Obwohl diese Nerfahren eine Vereinfachung gegenüber den üblicherweise verwendeten Nerfahren darstellen, erfordern sie nach wie vor ein erhebliches Maß an Manipulationen, und sind durch die indirekte Νachweismethoden sehr störanfällig, in vivo schlecht durchführbar, und höchstens semiquantitativ. Daher war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein quantitatives, schnelles und insbesondere vielseitiges Testsystem für die Analytik bzw. die Diagnostik von posttranslationalen Ubiquitin-verwandten Modifizierungen bzw. Demodifizierungen bereitzustellen, das sowohl in vitro als auch in vivo eingesetzt werden kann. Eine weitere der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist die Bereitstellung und Verwendung geeigneter Bestandteile dieses Testsystems.A method of detecting inhibitors of ubiquitin-dependent degradation of regulatory proteins of the cell cycle has been described by Kirschner et al. (US 5,726,025). This document describes, inter alia, a quantitative test procedure for the degree of ubiquitination. It is proposed to provide the ubiquitinierende protein or ubiquitin with a fusion moiety or mark with biotin or a fluorochrome and it after the reaction from the cells or the reaction mixture by means of so-called. "Pull downs" or ELISA-related techniques remove and prove the modification. A general procedure for the detection of posttranslational modifications (including the modification with ubiquitin or ubiquitin-related proteins) by means of the so-called "fluorescence resonance energy transfer" (FRET) has been described by Bastiaens and Parker (WO 00/43780). The authors suggest that the target protein be labeled fluorescently and that the modification be detected by means of a likewise fluorescently labeled probe which recognizes only the modified protein (eg an anti-ubiquitin antibody). It is also proposed herein to use such a Nerfahren in so-called. "Drag screenings". Similarly, Boisclair and co-workers suggest using FRET technology to search for inhibitors of ubiquitination by fluorescently labeling probes (streptavidin and anti-Gst antibodies) with donor and acceptor chromophores (Boisclair et al , 2000). Although these procedures represent a simplification compared to the commonly used methods, they still require a considerable amount of manipulation, and are very susceptible to interference by the indirect detection methods, are poorly practicable in vivo, and at most semiquantitative. It was therefore an object of the present invention to provide a quantitative, rapid and in particular versatile test system for the analysis or the diagnosis of post-translational ubiquitin-related modifications or demodifications, which can be used both in vitro and in vivo. Another object of the present invention is to provide and use suitable components of this test system.

Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, daß quantitative und schnelle Testverfahren für posttranslationale Modifizierungen mit sowohl Ubiquitin als auch Ubiquitin-verwandten Proteinen bereitgestellt werden können. Diese Testverfahren und die für diese vorgeschlagenen universell einsetzbaren Bestandteile sind im Gegensatz zu den oben beschriebenen Verfahren beispielsweise nicht allein auf die Ermittlung von Inhibitoren für eine Ubiquitinierung beschränkt. Vielmehr erlauben die vorgeschlagenen Verfahren nunmehr sowohl in vitro als auch in vivo sog. "High throughput drug screenings" (nachfolgend HTS- Verfahren) und die Bereitstellung von diagnostischen Kits zum Nachweis von Defekten in der Modifizierung/Demodifizierung sowie insbesondere die Entdeckung von sowohl Inhibitoren als auch Aktivatoren, die an der Modifizierung und/oder Demodifizierung spezifischer Zielproteine beteiligt sind (z. B. E3- Ligasen, Isopeptidasen, Kinasen oder andere Bindungspartner). Darüber hinaus ist es auch zum ersten Mal möglich, neue Zielproteine für die Modifizierung mit U- biquitin-verwandten Proteinen im "High throughput" Verfahren zu entdecken, für die dann anschließend mit Hilfe der vorgeschlagenen Verfahren die entsprechenden Inhibitoren und/oder Aktivatoren ermittelt werden können, was wiederum ermöglicht, mittels der vorgeschlagenen weiteren Verfahren die Analyse der Modifizierungen und Demodifizierungen oder den Nachweis eines Defektes in der Modifizierung/Demodifizierung für dieses neue Zielprotein vorzunehmen. Diese systematische und praktische Herangehensweise ist besonders vorteilhaft, da sie eine lückenlose Kette von der Identifizierung über die Charakterisierung zu der Analytik und Diagnostik bereitstellt. Die vorgeschlagenen Testsysteme machen sich die FRET-Technologie zunutzte (Periasamy and Day, 1999; Pollok and Heim, 1999) und nutzen in den unten beschriebenen Anwendungsbeispielen exemplarisch die von Tsien und Mitarbeitern beschriebenen fluoreszierenden Proteine "Yellow Fluorescent Protein" (YFP) und "Cyan Fluorescent Protein" (CFP) (US 5,981,200; US 5,998,204; Tsien, 1998). Keines der vorgenannten Dokumente beschreibt jedoch den Einsatz von FRET für die direkte und quantitative Analyse von kovalenten Modifikationen, wie es hierin vorgeschlagen wird.It has now surprisingly been found that quantitative and rapid assays can be provided for post-translational modifications with both ubiquitin and ubiquitin-related proteins. For example, in contrast to the methods described above, these test methods and the universally applicable components proposed for them are not limited to the determination of inhibitors of ubiquitination alone. Rather, the proposed methods now allow both in vitro and in vivo so-called "high throughput drug screenings" (hereinafter HTS method) and the provision of diagnostic kits for detecting defects in the modification / demodification and in particular the discovery of both inhibitors and also activators involved in the modification and / or demodification of specific target proteins (eg E3 ligases, isopeptidases, kinases or other binding partners). In addition, it is also possible for the first time to discover new target proteins for the modification with U-biquitin-related proteins in the "high throughput" method, for which the corresponding inhibitors and / or activators can then be determined with the aid of the proposed methods which in turn makes it possible, by means of the proposed further methods, to carry out the analysis of the modifications and demodifications or the detection of a defect in the modification / demodification for this new target protein. This systematic and practical approach is particularly advantageous because it provides a complete chain from identification through characterization to analysis and diagnostics. The proposed test systems make use of the FRET technology (Periasamy and Day, 1999, Pollok and Heim, 1999) and, in the application examples described below, use the fluorescent proteins "Yellow Fluorescent Protein" (YFP) and "Cyan" described by Tsien and co-workers by way of example Fluorescent Protein "(CFP) (US 5,981,200; US 5,998,204; Tsien, 1998). However, none of the above documents describes the use of FRET for the direct and quantitative analysis of covalent modifications as proposed herein.

Mit dem Begriff "quantitativ" wird dabei zum Ausdruck gebracht, daß im Gegen- satz zu anderen bisher beschriebenen Verfahren das zu messende Signal direkt proportional zum Maß der Verknüpfung ist, da weder Manipulationen nach erfolgter Reaktion, noch Sonden zur Detektion der Verknüpfung eingesetzt werden müßen. Die Fähigkeit von Sonden, das Reaktionsprodukt zu erkennen, ist abhängig von ihrer Affinität, sowie von der Zugänglichkeit des Produkts und ist damit nicht in jedem Konzentrationsbereich linear. Darüberhinaus sind die bisher beschriebenen Verfahren störanfällig, wenn zusätzliche Bindungspartner für die Reaktanden anwesend sind.The term "quantitative" is used to express that, in contrast to other methods described so far, the signal to be measured is directly proportional to the measure of the linkage, since neither manipulations after the reaction has taken place nor probes for detecting the linkage have to be used , The ability of probes to recognize the reaction product is dependent on their affinity, as well as on the accessibility of the product, and thus is not linear in every concentration range. In addition, the previously described methods are susceptible to interference if additional binding partners for the reactants are present.

Ein ganz erheblicher Vorteil gegenüber dem von Kirschner et al. vorgeschlagenen Verfahrens (siehe oben) ist darüberhinaus, daß Reaktionsabläufe kinetisch ver- folgt werden können. Während das Verfahren von Kirschner die Analyse des Verknüpfungsgrads eines Reaktionsansatzes durch die erforderlichen Manipulationen nur zu einem gegebenen Zeitpunkt erlaubt (Endpunktmeßung), ermöglicht unser Verfahren nicht-eingreifende "on-line" Meßungen über den gesamten Zeitraum der Reaktion (100 Meßungen eines einzelnen Reaktionsansatzes im Abstand von Sekunden oder Minuten sind ohne weiteres möglich).A very significant advantage over that of Kirschner et al. proposed method (see above) is beyond that reaction sequences can be followed kinetically. While the method of Kirschner allows the analysis of the degree of coupling of a reaction mixture by the required manipulations only at a given time (end point measurement), our method allows non-invasive "on-line" measurements over the entire period of the reaction (100 measurements of a single reaction in the Distance of seconds or minutes are readily possible).

Da FRET von der Distanz und Orientierung der Chromophoren abhängig ist (mit maximaler Energieübertragung bei Distanzen unter 5 nm), war es zunächst überraschend, festzustellen, daß bei der Größe der zu konjugierenden Proteine FRET hinreichend und zuverlässig detektierbar war. So wird hierin beschrieben, daß ein zuverlässiger FRET-Nachweis stattfindet, wenn Proteine von 10 bzw. 20 kDa zwischen exemplarische fluoreszierende Proteine eingefügt werden, während bei den von Tsien und Mitarbeitern vorgeschlagenen Verfahren zur Analyse von Proteasen ein Linkerpeptid von nur 5-50 Aminosäuren, das die gewünschte Pro- tease-Erkennungssequenz trägt, zwischen die fluoreszierenden Proteine YFP und CFP gesetzt wurde (US 5,981,200). Desweiteren werden in den im Stand der Technik bekannten Verfahren nur die Sonden, nicht aber die eigentlichen Reak- tanden mit fluoreszierenden Gruppen markiert. Es wurde demgegenüber überraschenderweise festgestellt, daß die direkte Verknüpfung der miteinander reagie- renden Reaktionskomponenten des Testsystems, d.h. Zielprotein und Ubiquitin- verwandtes Protein, mit den jeweiligen Chromophoren nicht zu einer Inhibierung derselben führt. Der entscheidende Durchbruch zu diesem technologischen Konzept gelang den Erfindern, als sie erfolgreich ein in v/tro-Testsystem mit rekom- binanten Komponenten etablieren konnten, in dem die quantitative Modifizierung eines Zielproteins sowie die Demodifikation eines modifizierten Zielproteins erzielt wurde. Auf der Grundlage der Befunde der Erfinder kann man nun analoge Modifikations- und Demodifikations-Systeme mit allen gewünschten Ubiquitin- verwandten Proteinen und Zielproteinen entwickeln. Da Proteine der Ubiquitin- Familie nicht nur die gleiche dreidimensionale Faltung besitzen, sondern darü- berhinaus über konservierte Mechanismen an Zielproteine verknüpft werden (Jentsch und Pyrowolakis, 2000), kann der Fachmann jetzt z.B. davon ausgehen, daß Fusionsproteine zwischen einem fluoreszierenden Protein und einem Ubiquitin-verwandten Protein (inklusive Ubiquitin) in der FRET-Technologie einsetzbar sind. Dabei kann die Verknüpfung vorzugsweise so erfolgen, daß das Ubiquitin- verwandte Protein an den C-Terminus des fluoreszierenden Proteins fusioniert ist (analog der Anwendungsbeispiele). Die Zielproteine zu den entsprechenden Ubiquitin-verwandten Proteinen sind zwar heterogener in Faltung und Größe, aber es wird dem Fachmann angesichts der vorliegenden Offenbarung leicht möglich sein, ein Fusionsprotein oder anderweitig fluoreszenzmarkiertes Zielprotein so zu konstruieren, daß es sich für das Testsystem einsetzen läßt. In Frage kommen beispielsweise N-terminale oder C-terminale Fusionen mit fluoreszierenden Protei- nen, die Integration des fluoreszierenden Proteins zwischen zwei Domänen eines Proteins, oder auch das Verknüpfen von Chromophoren an spezifische Aminosäuren im Zielprotein (ggf. nach Einführung geeigneter Seitenketten durch Mutage- nese des Zielproteins). Dabei ist zu beachten, daß das Akzeptorchromophor mög- liehst nahe an die Modifikationsstelle im Zielprotein gebracht wird, um effizientes FRET zu erreichen. Dabei bezieht sich "nahe" nicht auf die Primärsequenz sondern auf die räumliche Nähe im gefalteten Protein. Auch wenn die Strukturdaten für ein Zielprotein nicht bekannt sein sollten, wird der Fachmann erkennen, daß sich nach den oben genannten Vorgaben ohne großen experimentellen Aufwand ein geeignetes Zielprotein konstruieren läßt.Since FRET is dependent on the distance and orientation of the chromophores (with maximum energy transfer at distances below 5 nm), it was initially surprising to find that the size of the proteins to be conjugated FRET was sufficiently and reliably detectable. Thus, it is described herein that Reliable FRET detection occurs when proteins of 10 and 20 kDa, respectively, are inserted between exemplary fluorescent proteins, while in the methods proposed by Tsien and co-workers for the analysis of proteases, a linker peptide of only 5-50 amino acids, containing the desired protease Carries recognition sequence between the fluorescent proteins YFP and CFP was set (US 5,981,200). Furthermore, in the methods known in the prior art, only the probes, but not the actual reactants, are labeled with fluorescent groups. On the other hand, it has surprisingly been found that the direct linkage of the reactive reaction components of the test system, ie target protein and ubiquitin-related protein, with the respective chromophores does not lead to an inhibition thereof. The inventors made the decisive breakthrough in this technological concept by successfully establishing an in vitro test system with recombinant components, in which the quantitative modification of a target protein and the demodification of a modified target protein were achieved. Based on the findings of the inventors, it is now possible to develop analogous modification and demodification systems with all the desired ubiquitin-related proteins and target proteins. Since proteins of the ubiquitin family not only have the same three-dimensional folding, but are furthermore linked to target proteins via conserved mechanisms (Jentsch and Pyrowolakis, 2000), the person skilled in the art can now assume, for example, that fusion proteins between a fluorescent protein and a ubiquitin -related protein (including ubiquitin) can be used in the FRET technology. The linkage may preferably be such that the ubiquitin-related protein is fused to the C-terminus of the fluorescent protein (analogously to the application examples). While the target proteins to the corresponding ubiquitin-related proteins are more heterogeneous in fold and size, it will be readily apparent to those skilled in the art, in light of the present disclosure, to construct a fusion protein or otherwise fluorescently labeled target protein such that it can be used in the assay system. For example, N-terminal or C-terminal fusions with fluorescent proteins can be used. the integration of the fluorescent protein between two domains of a protein, or also the linking of chromophores to specific amino acids in the target protein (if appropriate after introduction of suitable side chains by mutagenesis of the target protein). It should be noted that the acceptor chromophore is possibly brought close to the modification site in the target protein in order to achieve efficient FRET. Here, "close" does not refer to the primary sequence but to the spatial proximity in the folded protein. Even if the structural data for a target protein should not be known, the person skilled in the art will recognize that a suitable target protein can be constructed according to the abovementioned specifications without great experimental effort.

In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Analyse von Modifizierungen von Proteinen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: (a) Bereitstellen eines Test- Systems, umfassend (i) mindestens ein Zielprotein, das mit einem ersten Chro- mophor eines Donor- Akzeptor-Paares für FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, (ii) mindestens ein Ubiquitin- verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, (iii) Enzyme, die die Bildung einer Isopeptidbindung zwischen dem mindestens einem Zielprotein und dem mindestens einem Ubiquitin-verwandten Protein bewirken; (iv) ATP und/oder ein ATP -Derivat, und Inkontaktbringen der Bestandteile (i) - (iv) unter Bedingungen, die den Ablauf der enzymatischen Reaktion erlauben; und (b) Bestimmen der Menge an gebildetem Konjugat aus Zielprotein und Ubiquitin-verwandtem Protein durch Bestimmen von FRET zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares.In a first aspect, the present invention relates to a method for the analysis of modifications of proteins with ubiquitin-related proteins, the method comprising the steps of: (a) providing a test system comprising (i) at least one target protein, comprising a covalently linked to the first chromophore of a donor-acceptor pair for fluorescence resonance energy transfer (FRET), (ii) at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair, (iii) Enzymes which cause the formation of an isopeptide bond between the at least one target protein and the at least one ubiquitin-related protein; (iv) ATP and / or an ATP derivative, and contacting components (i) - (iv) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) determining the amount of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein formed by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair.

Das Prinzip dieses auf FRET basierenden Testsystem für die Analyse von posttranslationalen Modifizierungen von Proteinen mit Ubiquitin-verwandtenThe principle of this FRET-based test system for the analysis of post-translational modifications of proteins with ubiquitin-related proteins

Proteinen ist wie folgt. Ein mit einem Donor-Chromophor verknüpftes Zielprotein wird mit einem Akzeptor-Chromophor- verknüpften Ubiquitin-verwandten Protein in Anwesenheit der geeigeneten Enzyme und Energie in Form von ATP (oder ATP -Derivaten wie AMP-PNP) inkubiert. Durch die Ausbildung der Isopeptidbindung kommen Donor- und Akzeptorchromophore in unmittelbare Nachbarschaft, was FRET ermöglicht (s.a. Fig. 1). Dies wird mittels eines Fluoreszenz- meßgerätes (z.B. in Mikrotiterplatten-Fluoreszenzmeßgeräten) erfaßt, indem das Donor-Chromophor durch Einstrahlung der geeigneten Wellenlänge angeregt wird, und sowohl Donor- als auch Akzeptorfluoreszenz in Abhängigkeit der Reaktionszeit gemessen werden. Die Änderung des Verhältnisses der Akzeptorfluoreszenz zu Donorfluoreszenz korreliert direkt mit der Änderung der Menge an Konjugation. Daher ist dieses Verfahren geeignet, Ubiquitin-verwandte Modifizierungen ohne weitere Manipulationen in in vt'tro-Testsystemen mit rekombi- nanten oder gereinigten Komponenten und/oder Zellextrakten schnell und quantitativ zu analysieren.Proteins is as follows. A target protein linked to a donor chromophore becomes an acceptor chromophore-linked ubiquitin-related protein in the presence of the appropriate enzymes and energy in the form of ATP (or ATP derivatives such as AMP-PNP) incubated. The formation of the isopeptide bond brings donor and acceptor chromophores into close proximity, allowing FRET (see also FIG. 1). This is detected by means of a fluorescence meter (eg in microtiter plate fluorescence instruments) by exciting the donor chromophore by irradiation of the appropriate wavelength and measuring both donor and acceptor fluorescence as a function of reaction time. The change in the ratio of acceptor fluorescence to donor fluorescence correlates directly with the change in the amount of conjugation. Therefore, this method is suitable ubiquitin-related modifications without further manipulations in vt 'tro test systems recombine nanten or purified components and / or cell extracts to be analyzed quickly and quantitatively.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Analyse von Demodifizierungen von Proteinen, die mit Ubiquitin-verwandten Proteinen verknüpft sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) ein Isopeptidase-Substrat, das ein Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (FIu- oescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und mindestens ein Ubiquitin-verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor- Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, umfaßt; wobei diese durch eine Isopeptidbindung zwischen der ε-Aminogruppe eines Lysins des Zielproteins und der C- terminalen Carboxygruppe des mindestens einen Ubiquitin-verwandten Proteins miteinander verknüpft sind; und (ii) mindestens ein Enzym, das die Spaltung der Isopeptidbindung des Isopeptidase-Substrats bewirkt; und Inkontaktbringen der Bestandteile (i) und (ii) unter Bedingungen, die den Ablauf der enzymatischen Reaktion erlauben; und (b) Bestimmen der Menge an gespaltenem Isopeptidase- Substrat, d.h. des Konjugats aus Zielprotein und Ubiquitin-verwandtem Protein, durch Bestimmen von FRET, insbesondere der Abnahme von FRET, zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares. Bei der Ubiquitinierung handelt es sich um eine enzymatisch katalysierte Bildung einer Isopeptidbindung zwischen dem C-Terminus des 9-kDa umfassenden Poly- peptids Ubiquitin mit den ε-Aminogruppen in den Lysinen von Akzeptor bzw. Zielproteinen. Diese Modifikation ist reversibel, d.h. es kann eine Deubiquitinie- rung stattfinden, bei der der Ubiquitinanteil durch Deubiquitinierende Enzyme (Isopeptidasen) von dem Zielprotein abgespalten werden kann. Die hierein verwendeten Begriffe "Ubiquitinierung" und "Deubiquitinierung" beziehen sich daher in einem engeren Sinne auf Ubiquitin selbst, während in Hinsicht auf die mit Ubiquitin-verwandten Proteine in einem weiteren Sinn von "Modifizierungen von Proteinen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen" bzw. "Demodifizierungen von Proteinen, die mit Ubiquitin-verwandten Proteinen verknüpft sind" die Rede ist. Unter einem "Ubiquitin-verwandten Protein" wird hierin in einem weiteren Sinne ein Protein verstanden, daß strukturell mit Ubiquitin verwandt ist, und dessen C- terminales Ende durch enzymatische Reaktion mittels einer Isopeptidbindung an ε-Aminogruppen in Lysinen der Zielproteine verknüpft wird bzw. werden kann. Dazu gehören in einem weiteren Sinne neben z.B. SUMO1 und seinen Homologen SUMO2 und SUMO3, Nedd8/Rubl, Apgl2 oder Ucrp auch Ubiquitin selbst (zur Übersicht siehe Hershko and Ciechanover, 1998; Hochstrasser, 1998; Jentsch and Pyrowolakis, 2000; Melchior, 2000; Yeh et al., 2000). In einem engeren Sinne meint dieser Begriff derartige Ubiquitin-verwandte Proteine unter Ausschluß von Ubiquitin selbst.In a further aspect, the invention relates to a method of analyzing demodifications of proteins associated with ubiquitin-related proteins, the method comprising the steps of: (a) providing a test system comprising (i) an isopeptidase substrate which a target protein covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET (fluorescence resonance energy transfer), and at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair , includes; these being linked together by an isopeptide bond between the ε-amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group of the at least one ubiquitin-related protein; and (ii) at least one enzyme which effects cleavage of the isopeptide bond of the isopeptidase substrate; and contacting components (i) and (ii) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) determining the amount of cleaved isopeptidase substrate, ie the conjugate of target protein and ubiquitin-related protein, by determining FRET, in particular the decrease of FRET, between the first and the second chromophore of the donor-acceptor pair. The ubiquitination is an enzymatically catalyzed formation of an isopeptide bond between the C-terminus of the 9-kDa polypeptide ubiquitin with the ε-amino groups in the lysines of acceptor or target proteins. This modification is reversible, ie a deubiquitination can take place in which the ubiquitin moiety can be cleaved off from the target protein by deubiquitinating enzymes (isopeptidases). The terms "ubiquitination" and "deubiquitination" as used herein, therefore, in a narrower sense refer to ubiquitin itself, while with respect to ubiquitin-related proteins in a broader sense, "modifications of proteins with ubiquitin-related proteins" or " Demodifications of proteins associated with ubiquitin-related proteins "is mentioned. By a "ubiquitin-related protein" is meant in a broader sense a protein structurally related to ubiquitin, and its C-terminal end linked by enzymatic reaction by means of an isopeptide bond to ε-amino groups in lysines of the target proteins can. In addition to eg SUMO1 and its homologues SUMO2 and SUMO3, Nedd8 / Rubl, Apgl2 or Ucrp, this also includes ubiquitin itself in a broader sense (for review see Hershko and Ciechanover, 1998, Hochstrasser, 1998, Jentsch and Pyrowolakis, 2000, Melchior, 2000; Yeh et al., 2000). In a narrower sense, this term means such ubiquitin-related proteins to the exclusion of ubiquitin itself.

Unter einem "Zielprotein" wird hierin ein Protein verstanden, daß mittels der da- für geeigneten Enzyme durch die Bildung einer Isopeptidbindung mit Ubiquitin oder Ubiquitin-verwandten Proteinen verknüpft wird bzw. werden kann. Das Zielprotein ist üblicherweise mit einem ersten Chromophor eines Donor- Akzeptor-Paares für FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft, während das mindestens eine Ubiquitin-verwandte Protein mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist. Dem Fachmann sind geeignete Verfahren zur Erzielung einer kovalenten Verknüpfung bekannt. Unter einem "Chromophor" wird hierin die "farbgebende" Gruppe eines Moleküls verstanden, d.h. der Teil eines Moleküls, der aufgrund seiner elektronischen Übergänge für die Lichtabsorption und Emission verantwortlich ist. Chro- mophore können sowohl niedermolekulare Substanzen, z.B. die Indocyanin- Farbstoffe Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy7 (erhältlich von Amersham International plc, GB) oder auch fluroeszierende Proteine sein, wie bestimmte GFPs ("Green Fluorescent Protein") und mutante GFPs (erhältlich z.B. von Clontech Laboratories Ine, Palo Alto, CA, USA). Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Chro- mophor um den FRET-Donor CFP ("Cyan Fluorescent Protein") und bei dem zweiten Chormophor um den FRET-Akzeptor YFP ("Yellow Fluorescent Protein"). Bei dem sog. "Fluorescence Resonance Energy Transfer" (FRET) kann bei der Überlappung des Emissionsspektrums eines Chromophors (Donor- Chromophor oder FRET-Donor) mit dem Absorptionsspektrum des zweiten Chromophors (Akzeptor-Chromophor oder FRET-Akzeptor) nach Anregung des Donor-Chromophors durch Energieübertragung auch das Akzeptor-Chromophor angeregt werden, wenn sich beide Chromophore in unmittelbarer Nachbarschaft befinden. FRET ist nachweisbar durch die Abnahme/Verlust der Emission des Donor-Chromophors bei gleichzeitigem Auftreten einer Emission des Akzeptor- Chromophors. In den Biowissenschaften wird eine Vielzahl von Chromophoren als Donor-Akzeptor-Paare für die FRET-Technologie eingesetzt, und diese sind damit auch für die nachfolgend beschriebenen Verfahren einsetzbar. Exemplarisch sollen hier Fluoreszein und Rhodamin genannt werden, die in aktivierter Form im Handel erhältlich sind und nach Standardprotokollen an Proteine gekoppelt wer- den können; sowie CFP und YFP, die durch Standdardtechniken der Molekularbiologie und Biochemie als Fusionen mit anderen Proteinen erzeugt werden können (Plasmide, die YFP- und CFP-Proteine kodieren sind ebenfalls im Handel erhältlich). Unter einem "Isopeptidase-Substrat" wird hierin ein Substrat für ein Enzym verstanden, welches Ubiquitin oder ein Ubiquitin-verwandtes Protein von einem mit Ubiquitin oder einem Ubiquitin-verwandten Protein verknüpften Zielprotein durch Spaltung der Isopeptidbindung entfernt. Üblicherweise umfaßt dieses ein Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Fluoescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und mindestens ein Ubiquitin-verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, wobei diese insbesondere durch eine Isopeptidbindung zwischen der ε-Aminogruppe eines Lysins des Zielproteins und der C-terminalen Carboxygruppe des mindestens einen Ubiquitin-verwandten Proteins miteinander verknüpft sind.By a "target protein" is meant herein a protein that can be linked by means of the appropriate enzymes by the formation of an isopeptide bond with ubiquitin or ubiquitin-related proteins. The target protein is usually covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for fluorescence resonance energy transfer (FRET), while the at least one ubiquitin-related protein is covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair. the Persons skilled in the art are aware of suitable methods for achieving a covalent linkage. By a "chromophore" herein is meant the "coloring" group of a molecule, that is, the portion of a molecule responsible for light absorption and emission due to its electronic transitions. Chromophores can be both low molecular weight substances, for example the indocyanine dyes Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy7 (available from Amersham International plc, GB) or also fluorescent proteins, such as certain GFPs ("Green Fluorescent Protein") and mutant GFPs (available, for example, from Clontech Laboratories Ine, Palo Alto, Calif., USA). Preferably, the first chromophore is the FRET donor CFP ("Cyan Fluorescent Protein") and the second chormophore is the FRET acceptor YFP ("Yellow Fluorescent Protein"). In fluorescence resonance energy transfer (FRET), upon overlap of the emission spectrum of a chromophore (donor chromophore or FRET donor) with the absorption spectrum of the second chromophore (acceptor chromophore or FRET acceptor) after excitation of the donor Chromophors are excited by energy transfer and the acceptor chromophore, if both chromophores are in the immediate vicinity. FRET is detectable by the decrease / loss of emission of the donor chromophore with simultaneous emission of the acceptor chromophore. In the life sciences, a variety of chromophores are used as donor-acceptor pairs for the FRET technology, and thus they can also be used for the methods described below. By way of example, fluorescein and rhodamine are here to be mentioned, which are commercially available in activated form and can be coupled to proteins according to standard protocols; and CFP and YFP, which can be generated by standard techniques of molecular biology and biochemistry as fusions with other proteins (plasmids encoding YFP and CFP proteins are also commercially available). By "isopeptidase substrate" herein is meant a substrate for an enzyme which removes ubiquitin or a ubiquitin-related protein from a target protein linked to ubiquitin or a ubiquitin-related protein by cleavage of the isopeptide bond. Typically, this includes a target protein covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET and at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair in particular, these being linked to one another by an isopeptide bond between the ε-amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group of the at least one ubiquitin-related protein.

Bei dem Bereitstellen des Testsystems und dem Inkontaktbringen der Bestandteile unter Bedingungen die den Ablauf der enzymatischen Reaktion erlau- ben/ermöglichen, kommt es, sofern dies nicht anders angegeben ist, nicht darauf an, daß die Bestandteile als separate Bestandteile vorliegen oder in einer bestimmten Reihenfolge gemischt bzw. miteinander in Kontakt gebracht werden. Vielmehr sollte sichergestellt sein, daß die jeweils erforderlichen Bestandteile des jeweiligen Testsystems vorliegen, und daß das Inkontaktbringen dieser Bestand- teile derart erfolgt, daß die enzymatische Reaktion ablaufen kann und eine FRET- Messung vorgenommen werden kann. Sofern ATP und/oder ein ATP-Derivat hierzu erforderlich sind, kann es sich bei Letzteren um die dem Fachmann bekannten Derivate handeln, insbesondere um AMP-PNP oder ATPγS (z.B. von Röche Diagnostics). Dem Fachmann wird es angesichts der vorliegenden Offen- barung ersichtlich sein, wie die für die zu untersuchende Reaktion geeigneten Bedingungen, z.B. in Bezug auf Temperatur oder pH- Wert, festzulegen sind.In providing the test system and contacting the ingredients under conditions which permit the enzymatic reaction to proceed, unless otherwise stated, it is not important that the ingredients be present as separate ingredients or in a particular order mixed or brought into contact with each other. Rather, it should be ensured that the respectively required constituents of the respective test system are present, and that the contacting of these constituents takes place in such a way that the enzymatic reaction can proceed and a FRET measurement can be carried out. If ATP and / or an ATP derivative are required for this purpose, the latter may be the derivatives known to the person skilled in the art, in particular AMP-PNP or ATPγS (for example from Roche Diagnostics). It will be apparent to those skilled in the art, in light of the present disclosure, how the conditions suitable for the reaction under study, e.g. in terms of temperature or pH.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Zielprotein und/oder das Ubiquitin-verwandte Protein in Form eines Fusionsproteins mit einem fluoreszieren- den Protein verwendet werden. Bei dem mindestens einen Zielprotein handelt es sich vorzugsweise um RanGAPl von Maus oder Mensch (SWISS-PROT:P46061; SWISS-PROT:P46060) und bei dem mindestens ein Ubiquitin-verwandten Protein um SUMO (Small Ubiquitin-related Modifier), insbesondere um SUMO1, SUMO2 und/oder SUMO3. Die Zugangsnummern (SWISS-PROT) für die huma- nen SUMO-Proteine sind wie folgt: Q93068 (SUMO1); P55854 (SUMO2) und P55855 (SUMO3). Diese Proteine sind für die Maus identisch (zur Übersicht siehe auch Melchior, 2000). Vorteilhafterweise kann RanGAPl und/oder CFP in Form eines Fusionsproteins verwendet werden, insbesondere wobei die C- Terminal Domäne von RanGAPl mit dem N- oder C-terminalen Ende von CFP fusioniert ist. In entsprechender Weise kann SUMO und/oder YFP in Form eines Fusionsproteins verwendet werden, insbesondere wobei die Aminosäuren 1-91 von SUMO1, die Aminosäuren von 1-92 von SUMO2 oder die Aminosäuren 1-93 von SUMO3 mit dem C-terminalen Ende von YFP fusioniert sind.In a preferred embodiment, the target protein and / or the ubiquitin-related protein can be used in the form of a fusion protein with a fluorescent protein. The at least one target protein is preferably mouse or human RanGAP1 (SWISS-PROT: P46061; SWISS-PROT: P46060) and the at least one ubiquitin-related protein for SUMO (small ubiquitin-related modifier), in particular SUMO1, SUMO2 and / or SUMO3. The accession numbers (SWISS-PROT) for the human SUMO proteins are as follows: Q93068 (SUMO1); P55854 (SUMO2) and P55855 (SUMO3). These proteins are identical for the mouse (for a review, see also Melchior, 2000). Advantageously, RanGAP1 and / or CFP may be used in the form of a fusion protein, in particular wherein the C-terminal domain of RanGAP1 is fused to the N- or C-terminal end of CFP. Similarly, SUMO and / or YFP can be used in the form of a fusion protein, particularly where amino acids 1-91 of SUMO1, amino acids of 1-92 of SUMO2, or amino acids 1-93 of SUMO3 are attached to the C-terminal end of YFP are merged.

Praktischerweise kann das Zielprotein, das Ubiquitin-verwandte Protein und/oder die jeweiligen Enzyme in Form eines gereinigten Proteins (partiell oder bis zur Homogenität) und/oder eines Zellextrakts verwendet werden. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Extrakt aus Säuger-, Insekten-, Hefe- und/oder Bakterienzellen handeln, den der Fachmann mittels geeigneter Techniken herstellen kann. Hierbei kann es sich insbesondere auch um ein Derivat des Zielproteins, des Ubiquitin-verwandten Proteins und/oder der Enzyme handeln. Unter dem Begriff "Derivat" wird hierin ein Proteine oder Polypeptid verstanden, das eine Sequenzhomologie, insbesondere eine Sequenzidentität zu den vorgenannten Proteinen von mindestens 50 % aufweist, wie mindestens 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% oder sogar 95%. Ferner zählen hierzu auch Deletionen der jeweiligen Proteine sowie Substitutionen und Additionen (z.B. K48R Ubiquitin, welches noch mit Zielproteinen verknüft werden kann, aber die über Lysin 48 verknüpften Ubiqui- tin-Ubiquitin Ketten nicht mehr bildet. Diese Mutante bietet daher einen klaren Vorteil gegenüber Wildtyp-Ubiquitin in der FRET- Analyse). Dementsprechend umfaßt die vorliegende Offenbarung auch Nukleinsäuren, die für die vorgenann- ten Proteine oder Polypeptide kodieren. Beispiele derartiger verwandter Nukleinsäuren sind Nukleinsäuren aus unterschiedlichen menschlichen Zellen bzw. Geweben oder allelische Varianten, sowie Nukleinsäuren die von verschiedenen menschlichen Individuen stammen können. Im weiteren Sinne versteht man unter einer Nukleinsäure, die ein derartiges Derivat kodiert, eine Nukleinsäure, die eine Homologie, insbesondere eine Sequenzidentität zu einer ein oben genanntes Protein kodierenden Nukleinsäure von mindestens 50%, wie mindestens 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% oder sogar 95% aufweisen. Dem Fachmann stehen geeignete Techniken und Verfahren zur Herstellung und Mutagenese von Nuk- leinsäuren sowie zur Genexpression und Proteinanalyse zur Verfügung (siehe die folgenden Handbücher: 1. Molecular Cloning: A Laboratory Manual (3. Auflage). Sambrook und Russell (2001). Cold Spring Harbour Press. 2. Current Protocol in Protein Science. Coligan, J.E. et al. (vierteljährlich aktualisiert). Verlag John Wi- ley & Sons. 3. Current Protocols in Molecular Biology. Ausubel F.M. et al. (vier- teljährlich aktualisiert). Verlag John Wiley & Sons.)Conveniently, the target protein, the ubiquitin-related protein and / or the respective enzymes can be used in the form of a purified protein (partial or to homogeneity) and / or a cell extract. This may in particular be an extract of mammalian, insect, yeast and / or bacterial cells, which the person skilled in the art can prepare by means of suitable techniques. This may in particular also be a derivative of the target protein, the ubiquitin-related protein and / or the enzymes. The term "derivative" is understood here to mean a protein or polypeptide which has a sequence homology, in particular a sequence identity to the abovementioned proteins of at least 50%, such as at least 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%. , 90% or even 95%. Furthermore, these include deletions of the respective proteins as well as substitutions and additions (eg K48R ubiquitin, which can still be linked to target proteins, but no longer forms the ubiquitin ubiquitin chains linked via lysine 48. This mutant thus offers a clear advantage over wild-type -Ubiquitin in the FRET analysis). Accordingly, the present disclosure also encompasses nucleic acids which are suitable for the above-mentioned encode proteins or polypeptides. Examples of such related nucleic acids are nucleic acids from different human cells or tissues or allelic variants, as well as nucleic acids which can originate from different human individuals. In a broader sense, a nucleic acid encoding such a derivative means a nucleic acid having a homology, in particular a sequence identity to a nucleic acid encoding a protein mentioned above of at least 50%, such as at least 60%, 65%, 70%, 75 %, 80%, 85%, 90% or even 95%. Suitable techniques and methods for the production and mutagenesis of nucleic acids as well as for gene expression and protein analysis are available to the person skilled in the art (see the following manuals: 1. Molecular Cloning: A Laboratory Manual (3rd Edition), Sambrook and Russell (2001) Spring Harbor Press, 2. Current Protocol in Protein Science, Coligan, JE, et al., (Quarterly updated), published by John Wiley & Sons, 3. Current Protocols in Molecular Biology, Ausubel FM, et al., Updated Quarterly. Publisher John Wiley & Sons.)

Hinsichtlich der in dem jeweiligen Testsystem enthaltenden Enzyme wird der Durchschnittsfachmann leicht erkennen, welche Enzyme jeweils geeignet sind, den Ablauf der entsprechenden enzymatischen Reaktion zu ermöglichen (zur Ü- bersicht siehe z.B. Hershko und A. Ciechanover, 1998; Yeh et al., 2000; Jentsch und Pyrowolakis, 2000. ). Zur Veranschaulichung sei erwähnt, daß dies beispielsweise bei der Analyse von Modifizierungen von Proteinen mit Ubiquitin- verwandten Proteinen die entsprechenden El- und E2-Enzyme, wahlweise in Kombination mit mindestens einem E3 -Enzym, sind. Für das Ubiquitin-verwandte Protein SUMO sind dies insbesondere das Aosl/Uba2-Heterodimer als El -Enzym und das Ubc9-Protein als E2-Enzym. Sofern ein noch nicht identifiziertes E3- Enzym existiert, kann dieses z.B. mittels des in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahrens isoliert und identifiziert werden, und dann ggf. in den vorgeschlagenen Testsystemen eingesetzt werden. Im Falle der Analyse von Deubiquitinierungen handelt es sich bei dem Enzym um eine der zahlreichen Ubiquitin-Isopeptidasen (Übersichtsartikel von Chung und Baek, 1999). Für Proteine, die mit den Ubiquitin-verwandten Proteinen SUMO verknüpft sind, handelt es sich dabei zum Beispiel um die bisher bekannten SUMO-spezifischen Isopeptidasen Ulpl, Ulp2, Suspl und/oder Senpl (Originalarbeiten zur Klonierung der SUMO-spezifischen Isopeptidasen sind im Übersichtsartikel Melchior 2000 zitiert). Sofern bisher nicht identifizierte Isopeptidasen existieren, können diese z.B. mittels des in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahrens isoliert und identifiziert werden, und dann ggf. in den vorgeschlagenen Testsystemen eingesetzt werden.With regard to the enzymes contained in the particular test system, those of ordinary skill in the art will readily recognize which enzymes are each suitable for facilitating the completion of the corresponding enzymatic reaction (for review, see eg Hershko and A. Ciechanover, 1998; Yeh et al., 2000; Jentsch and Pyrowolakis, 2000.). By way of illustration, for example, in the analysis of modifications of proteins with ubiquitin-related proteins, these are the corresponding E1 and E2 enzymes, optionally in combination with at least one E3 enzyme. For the ubiquitin-related protein SUMO these are in particular the Aosl / Uba2 heterodimer as El enzyme and the Ubc9 protein as E2 enzyme. If an as yet unidentified E3 enzyme exists, this can be isolated and identified, for example, by means of the method described in this application, and then optionally used in the proposed test systems. In the case of deubiquitination analysis, the enzyme is one of the numerous ubiquitin isopeptidases (Review article by Chung and Baek, 1999). Proteins linked to the ubiquitin-related proteins SUMO are, for example, the previously known SUMO-specific isopeptidases Ulpl, Ulp2, Suspl and / or Senpl (original review of the cloning of SUMO-specific isopeptidases is reviewed in the review article Melchior Cited in 2000). If hitherto unidentified isopeptidases exist, they can be isolated and identified, for example, by means of the method described in this application, and then optionally used in the proposed test systems.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen von Stoffen, die die Modifizierung eines Zielproteins mit Ubiquitin- verwandten Proteinen beinflussen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) mindestens ein Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Flurescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, (ii) mindestens ein Ubiquitin-verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, (iii) Enzyme, die die Bildung einer Isopeptidbindung zwischen dem mindestens einem Zielprotein und dem mindestens einem Ubiquitin-verwandten Protein bewirken, (iv) ATP und/oder ein ATP- Derivat, und (v) mindestens einen zu testenden Stoff; und Inkontaktbringen der Bestandteile (i) - (v) unter Bedingungen, die den Ablauf der enzymatischen Reaktion erlauben; und (b) Nachweisen der Bildung von Konjugat aus Zielprotein und Ubiquitin-verwandtem Protein und/oder Bestimmen der Menge an gebildetem Konjugat durch Bestimmen von FRET zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Enzymen gemäß Schritt (a) (iii) um die entsprechenden El- und E2-Enzyme, wahlweise in Kombination mit mindestens einem E3- Enzym. Im Falle von SUMO ist das El-Enzym das Aosl/Uba2-Heterodimer und das E2-Enzym das Ubc9-Protein. Bei dem mindestens einem zu testenden Stoff handelt es sich um ein Protein oder Polypeptid, insbesondere eine E3-Ligase, Isopeptidase, Kinase oder Phosphatase, oder ein wie vorstehend definiertes Derivat hiervon, oder eine niedermolekulare Substanz, insbesondere ein Inhibitor oder Aktivator. Die „niedermolekulare Sub- stanz,, kann ein beliebiges anorganisches order organisches Molekül oder Ion sein, daß auf seine Fähigkeit getestet wird, die enzymatische Reaktion in dem beschriebenen Testsystem zu beeinflussen, insbesondere diese Reaktion zu aktivieren oder zu inhibieren. Die niedermolekulare Substanz hat insbesondere ein Molekulargewicht von höchstens 2500, insbesondere höchstens 2.250, 2.000, 1.900, 1.800, 1.700, 1.600, 1.500, 1.400, 1.300, 1.250, 1.200, 1.100, 1.000, 900, 800, 750, 700, 600, 500, 450, 400, 350, 300, 250 und 200. Beispielsweise kann es sich hierbei um Moleküle mit einer linearen Struktur wie Peptide, insbesondere Oligopeptide, Peptoide, lineare Oligosaccharide, Nukleotide, insbesondere Oligo- nukleotide, und deren Analoge handeln, oder z.B. um Monomere, wie Hetero- zyklen, insbesondere Stickstoffheterozyklen, oder Moleküle mit einer nichtlinearen Struktur, wie verzweigte Oligosaccharide. Niedermolekulare anorganische Verbindungen können beispielsweise Arsen- und Antimonverbindungen sein.In a further aspect, the present invention relates to a method for determining substances that affect the modification of a target protein with ubiquitin-related proteins, the method comprising the steps of: (a) providing a test system comprising (i) at least one target protein, covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET (ii) at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair (iii ) Enzymes which cause the formation of an isopeptide bond between the at least one target protein and the at least one ubiquitin-related protein, (iv) ATP and / or an ATP derivative, and (v) at least one substance to be tested; and contacting components (i) - (v) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) detecting the formation of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein and / or determining the amount of conjugate formed by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair. In a preferred embodiment, the enzymes of step (a) (iii) are the corresponding E1 and E2 enzymes, optionally in combination with at least one E3 enzyme. In the case of SUMO, the El enzyme is the Aosl / Uba2 heterodimer and the E2 enzyme is the Ubc9 protein. The at least one substance to be tested is a protein or polypeptide, in particular an E3 ligase, isopeptidase, kinase or phosphatase, or a derivative as defined above thereof, or a low-molecular substance, in particular an inhibitor or activator. The "low molecular weight substance" may be any inorganic or organic molecule or ion which is tested for its ability to influence the enzymatic reaction in the described test system, in particular to activate or inhibit this reaction. In particular, the low molecular weight substance has a molecular weight of at most 2500, in particular at most 2,250, 2,000, 1,900, 1,800, 1,700, 1,600, 1,500, 1,400, 1,300, 1,250, 1,200, 1,100, 1,000, 900, 800, 750, 700, 600, 500 , 450, 400, 350, 300, 250 and 200. For example, these may be molecules having a linear structure such as peptides, in particular oligopeptides, peptoids, linear oligosaccharides, nucleotides, in particular oligonucleotides, and their analogs, or, for example Monomers, such as heterocycles, in particular nitrogen heterocycles, or molecules with a nonlinear structure, such as branched oligosaccharides. Low molecular weight inorganic compounds may be, for example, arsenic and antimony compounds.

Angesichts der vorliegenden Beschreibung wird es für den Fachmann klar sein, daß das Protein oder das Derivat hiervon aus einer Expressionsbank (Büssow et al., 2000) und/oder die niedermolekulare Substanz oder einer kombinatorischen Bank, insbesondere einer kombinatorischen Peptid-, Non-Peptid- oder "Drug-like Small Molecule"-Bank (z.B. von Tecnogen S.C.p.A. Piana di Monte Verna, CE, Italien; ChemBridge Corporation, San Diego, USA; oder Advanced ChemTech Europe Ltd, Cambridgeshire, GB), oder aber aus einem Zellextrakt stammen kann und/oder in gereinigter Form, partiell oder bis zur Homogenität, vorliegen kann. Dem Fachmann sind geeignete kombinatorische Strategien für das Screening, insbesondere dem "High Throughput Screening", von zu testenden Substanzen bekannt, insbesondere die Verwendung von kombinatorischen Banken, die 100, 1000 oder sogar 1.000.000 verschiedene Verbindungen umfassen können (siehe zur Übersicht z.B. Meyers, Encyclopedia of Molecular Biology and Molecular Medicine, 1997). Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Stoffen, die die Demodifizierung eines Proteins, das mit mindestens einem Ubiquitin-verwandten Protein verknüpft ist, beinflussen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) ein Isopeptidase- Substrat, das ein Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor- Akzeptor-Paares für FRET (Flurescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und mindestens ein Ubiquitin-verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, umfaßt; wobei diese durch eine Isopeptidbindung zwischen der ε-Aminogruppe eines Ly- sins des Zielproteins und der C-terminalen Carboxygruppe des mindestens einen Ubiquitin-verwandten Proteins miteinander verknüpft sind; (ii) mindestens ein Enzym, das die Spaltung der Isopeptidbindung des Isopeptid-Substrats bewirkt; und (iii) mindestens einen zu testenden Stoff; und Inkontaktbringen der Bestand- teile (i) - (iii) unter Bedingungen, die den Ablauf der enzymatischen Reaktion erlauben; und (b) Bestimmen der Menge an gespaltenem Isopeptidase-Substrat, d.h. des Konjugats aus Zielprotein und Ubiquitin- verwandtem Protein, durch Bestimmen von FRET, insbesondere der Abnahme von FRET, zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares. In einer be- sonderen Ausführungsform handelt es sich bei dem Enzym gemäß Schritt (a) um eine Isopeptidase, insbesondere Ulpl, Ulp2, SUSP1 und/oder Senpl (zur Übersicht siehe z.B. Melchior, 2000).In view of the present description, it will be apparent to those skilled in the art that the protein or derivative thereof is from an expression library (Büssow et al., 2000) and / or the low molecular weight substance or a combinatorial library, especially a combinatorial peptide, non-peptide or "drug-like small molecule" bank (eg from Tecnogen SCpA Piana di Monte Verna, CE, Italy; ChemBridge Corporation, San Diego, USA; or Advanced ChemTech Europe Ltd, Cambridgeshire, UK) or from a cell extract can be present and / or in purified form, partially or to homogeneity. The person skilled in the art is familiar with suitable combinatorial strategies for screening, in particular "high throughput screening", of substances to be tested, in particular the use of combinatorial libraries which may comprise 100, 1000 or even 1,000,000 different compounds (see, for example, Meyers , Encyclopedia of Molecular Biology and Molecular Medicine, 1997). Another aspect relates to a method for determining substances that affect the demodification of a protein associated with at least one ubiquitin-related protein, the method comprising the steps of: (a) providing a test system comprising (i) a An isopeptidase substrate comprising a target protein covalently linked to a first chromophore of a donor acceptor pair for fluorescence energy transfer (FRET) and at least one ubiquitin-related protein conjugated to a second chromophore of the donor-acceptor pair covalently linked; these being linked to one another by an isopeptide bond between the ε-amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group of the at least one ubiquitin-related protein; (ii) at least one enzyme which effects cleavage of the isopeptide bond of the isopeptide substrate; and (iii) at least one substance to be tested; and contacting the components (i) - (iii) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) determining the amount of cleaved isopeptidase substrate, ie the conjugate of target protein and ubiquitin-related protein, by determining FRET, in particular the decrease of FRET, between the first and the second chromophore of the donor-acceptor pair. In a particular embodiment, the enzyme according to step (a) is an isopeptidase, in particular Ulpl, Ulp2, SUSP1 and / or Senpl (for a review see, for example, Melchior, 2000).

Bei dem mindestens einem zu testenden Stoff kann es sich um ein Protein oder Polypeptid, insbesondere einen Bindungspartner für das Zielprotein, eine Kinase oder Phosphatase oder ein Derivat hiervon oder eine niedermolekulare Substanz, insbesondere einen Inhibitor oder Aktivator, handeln, wie sie vorstehend definiert sind. Dem Fachmann stehen geeignete quantitative und qualitative Tests, z.B. ELISA- Verfahren, Co-Immunopräzipitation, Microcalorimetri etc. zur Verfügung, um zu ermitteln, ob das Protein oder Polypeptid unspezifisch oder spezifisch an das Zielprotein bindet, und damit einen Bindungspartner für das Zielprotein darstellt (diverse Techniken sind z.B. beschrieben in Current Protocol in Protein Science. Coligan, J.E. et al. (vierteljährlich aktualisiert). Verlag John Wiley & Sons.). Insbesondere wird hierin eine Bindung als spezifisch angesehen, wenn die Bindungsaffinität mindestens 10"6 M vorzugsweise 10"7, 10"8, 10"9 oder 10"10 M beträgt. Wie vorangehend beschrieben stehen dem Fachmann geeignete Verfahren und Materialien, z.B. kombinatorische Banken, für ein Screening, insbesondere ein HTS-Screening, von zu testenden Stoffen zur Verfügung.The at least one substance to be tested can be a protein or polypeptide, in particular a binding partner for the target protein, a kinase or phosphatase or a derivative thereof or a low molecular weight substance, in particular an inhibitor or activator, as defined above. Suitable quantitative and qualitative tests, for example ELISA methods, co-immunoprecipitation, microcalorimetry, etc., are available to the person skilled in the art in order to determine whether the protein or polypeptide is nonspecific or specific the target protein binds and thus represents a binding partner for the target protein (various techniques are described, for example, in Current Protocol in Protein Science, Coligan, JE et al., (updated quarterly), John Wiley & Sons.). In particular, herein binding is considered to be specific if the binding affinity is at least 10 -6 M, preferably 10 -7 , 10 -8 , 10 -9, or 10 -10 M. As described above, suitable methods and materials, eg combinatorial libraries, will be apparent to those skilled in the art , for screening, in particular HTS screening, of substances to be tested.

In einer besonderen Ausführungsform der beiden vorgenannten Verfahren zum Bestimmen von Stoffen, die die Modifizierung/Demodifizierung beeinflussen, ist das erste Chromophor ein erstes fluoreszierendes Protein und das zweite Chromophor ein zweites fluoreszierendes Protein, insbesondere ist das Chromophor der FRET-Donor CFP ("Cyan Fluorescent Protein") und das zweite Chromophor der FRET-Akzeptor YFP ("Yellow Fluorescent Protein"). Zweckmäßigerweise kann das Zielprotein und/oder Ubiquitin-verwandte Protein in Form eines Fusionsproteins mit einem fluoreszierenden Protein verwendet werden. Dem Fachmann sind geeignete Verfahren zur Herstellung derartiger Fusionsproteine bekannt. In einer speziellen Ausführungsform ist das mindestens eine Zielprotein RanGAPl und das mindestens eine Ubiquitin-verwandte Protein SUMO (Small Ubiquitin-related Modifier), insbesondere SUMO1, SUMO2 und/oder SUMO3. Hierbei kann es bevorzugt sein, ein Fusionsprotein aus RanGAPl und CFP zu verwenden, insbesondere wobei die C-terminale Domäne von RanGAPl mit dem N- oder C-terminalen Ende von CFP fusioniert ist. Auf ähnliche Weise kann ein Fusionsprotein aus SUMO und YFP verwendet werden, wobei insbesondere die Aminosäuren 1-91 von SUMO1, die Aminosäuren von 1-92 von SUMO2 oder die Aminosäuren 1-93 von SUMO3 mit dem C-terminalen Ende von YFP fusioniert sind. Das Zielprotein, das Ubiquitin-verwandte Protein und/oder die Enzyme können in Form eines gereinigten Proteins, partiell oder bis zur Homogenität, oder eines Zellextrakts verwendet werden. Ein solcher Extrakt kann mittels Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, aus Säuger-, Insekten-, Hefe- und/oder Bakterienzellen hergestellt werden. Wenn beispielsweise kombinatorische Banken eingesetzt werden, um Stoffe darauf zu testen, ob sie die enzymatische Reaktion beeinflussen, kann es erwünscht sein, in einem weiteren Schritt die Identität des zu testenden Stoffes bzw. des getesteten Stoffes zu verifizieren und/oder zu ermitteln. Hierzu stehen dem Fachmann geeignete molekularbiologische, biochemische und/oder biophysikalische Verfahren, wie z.B. die Protein- und/oder Nukleinsäu- resequenzanalyse und z.B. die verschiedenen Verfahren der Massenspektrometrie, wie die Matrix-unterstützte Laserdesorptions Ionisations-Massenspektrometrie (MALDI-MS) zur Verfügung. In bestimmten Fällen kann es auch erwünscht sein, ein wie vorstehend definiertes Derivat des Zielproteins, des Ubiquitin-verwandten Proteins und/oder der Enzyme zu verwenden, beispielsweise um bestimmte Mutanten des Zielproteins auf ihre Modifizierung und/oder Demodifizierung zu untersuchen.In a particular embodiment of the two aforementioned methods for determining substances which influence the modification / demodification, the first chromophore is a first fluorescent protein and the second chromophore is a second fluorescent protein, in particular the chromophore is the FRET donor CFP ("Cyan Fluorescent Protein ") and the second chromophore of the FRET acceptor YFP (" Yellow Fluorescent Protein "). Conveniently, the target protein and / or ubiquitin-related protein can be used in the form of a fusion protein with a fluorescent protein. The person skilled in the art is familiar with suitable methods for producing such fusion proteins. In a specific embodiment, the at least one target protein is RanGAP1 and the at least one ubiquitin-related protein is SUMO (small ubiquitin-related modifier), in particular SUMO1, SUMO2 and / or SUMO3. Here, it may be preferable to use a fusion protein of RanGAP1 and CFP, in particular wherein the C-terminal domain of RanGAP1 is fused to the N- or C-terminal end of CFP. Similarly, a fusion protein of SUMO and YFP can be used, in particular amino acids 1-91 of SUMO1, amino acids of 1-92 of SUMO2 or amino acids 1-93 of SUMO3 fused to the C-terminal end of YFP. The target protein, the ubiquitin-related protein and / or the enzymes may be used in the form of a purified protein, partially or to homogeneity, or a cell extract. Such an extract can be prepared by means of those skilled in the art are made of mammalian, insect, yeast and / or bacterial cells. For example, if combinatorial libraries are used to test substances for effecting the enzymatic reaction, it may be desirable to verify and / or determine the identity of the substance or substance being tested in a further step. Molecular biology, biochemical and / or biophysical methods, such as protein and / or nucleic acid sequence analysis and eg the various methods of mass spectrometry, such as matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry (MALDI-MS), are available for this purpose. In certain cases, it may also be desirable to use a derivative of the target protein, the ubiquitin-related protein, and / or the enzymes as defined above, for example, to study specific mutants of the target protein for their modification and / or demodification.

Eine besondere Ausführungsform ist ein sog. „cell based assay,,. Hierbei wird das Inkontaktbringen der entsprechenden Bestandteile in einer Zelle, insbesondere einer Zelle außerhalb des menschlichen oder tierischen Körpers bewirkt, wobei Säuger- oder Hefezellen bevorzugt sind. Beispielsweise kann hierzu das Fusions- protein aus Zielprotein und dem ersten fluoreszierenden Protein und/oder das Fusionsprotein aus dem Ubiquitin-verwandten Protein und dem zweiten fluoreszierenden Protein in der Zelle exprimiert werden. Der mindestens eine zu testende Stoff kann dabei ebenfalls in der Zelle exprimiert werden, vorzugsweise indem die Zelle mit einer für diesen Stoff kodierenden cDNA transfϊziert wird, und/oder die Zelle wird mit dem mindestens einem zu testenden Stoff inkubiert.A particular embodiment is a so-called "cell based assay". Here, the contacting of the corresponding components in a cell, in particular a cell outside the human or animal body is effected, with mammalian or yeast cells are preferred. For example, for this purpose, the fusion protein of the target protein and the first fluorescent protein and / or the fusion protein of the ubiquitin-related protein and the second fluorescent protein can be expressed in the cell. The at least one substance to be tested can likewise be expressed in the cell, preferably by transfecting the cell with a cDNA coding for this substance, and / or the cell is incubated with the at least one substance to be tested.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Nachweis eines Defekts in der Modifizierung von Protein mit Ubiquitin- verwandten Protein bzw. in der Demodifizierung von Proteinen, die mit Ubiqui- tin- verwandten Proteinen verknüpft sind. Es ist zu vermuten, daß Defekte in der Modifizierung und Demodizierung spezifischer Zielproteine an einer Vielzahl von Krankheiten beteiligt sind, da unter den Zielproteinen für diese posttranslationale Modifikation Wachstumsfaktoren, Tumorsuppressoren und Protoonkogene sind. Defekte in der Ubiquitinierung von Zielproteinen sind bereits in einer Reihe von Krankheiten wie Von Hippel Lindau Syndrom, Angelman Syndrom, oder Cervi- calem Krebs impliziert worden (Übersichtsartikel: Schwartz und Ciechanover, 1999; Vu und Sakamoto, 2000) Zum Beispiel scheinen Mutationen in Parkin, einer E3 Ubiquitin Ligase, zur Entstehung einer Form der Parkinsonschen Krankheit beizutragen.In a further aspect, the present invention relates to a method for detecting a defect in the modification of protein with ubiquitin-related protein or in the demodification of proteins associated with ubiquitin-related proteins. It is probable that defects in the Modification and demodulation of specific target proteins are involved in a variety of diseases, as among the target proteins for this post-translational modification are growth factors, tumor suppressors and proto-oncogenes. Defects in the ubiquitination of target proteins have already been implicated in a number of diseases such as von Hippel Lindau syndrome, Angelman syndrome, or cervical cancer (reviewed in: Schwartz and Ciechanover, 1999, Vu and Sakamoto, 2000) For example, mutations in Parkin , an E3 ubiquitin ligase, contribute to the development of a form of Parkinson's disease.

Das Verfahren zum Nachweis eines Defekts in der Modifizierung von Proteinen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen umfasst die folgenden Schritte: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) mindestens ein Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Flurescence Reso- nance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und (ii) mindestens ein Ubiquitin- verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor- Paares kovalent verknüpft ist; (iii) mindestens einen zu testenden Zellextrakt; und Inkontaktbringen der Bestandteile (i) - (iii) unter Bedingungen, die die Bildung von Konjugat aus Zielprotein und Ubiquitin- verwandtem Protein erlauben; und (b) Bestimmen der Menge an gebildetem Konjugat durch Bestimmen von FRET zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares.The method for detecting a defect in the modification of proteins with ubiquitin-related proteins comprises the following steps: (a) providing a test system comprising (i) at least one target protein conjugated to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET ( Flurescence Resonance Energy Transfer) and (ii) at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair; (iii) at least one cell extract to be tested; and contacting components (i) - (iii) under conditions permitting formation of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein; and (b) determining the amount of conjugate formed by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair.

Das Verfahren zum Nachweis eines Defekts in der Demodifizierung von Proteinen, die mit Ubiquitin-verwandten Proteinen verknüpft sind, umfasst die folgen- den Schritt: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) ein Isopeptidase- Substrat, das ein Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor- Akzeptor-Paares für FRET (Flurescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und mindestens ein Ubiquitin-verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, umfaßt; insbesondere wobei diese durch eine Isopeptidbindung zwischen der ε- Aminogruppe eines Lysins des Zielproteins und der C-terminalen Carboxygruppe des mindestens einen Ubiquitin-verwandten Proteins miteinander verknüpft sind; und (ii) mindestens einen zu testenden Zellextrakt; und Inkontaktbringen der Bestandteile (i) - (ii) unter Bedingungen, die die Spaltung von Konjugat aus Zielprotein und Ubiquitin-verwandtem Protein erlauben; und (b) Bestimmen der Menge an gespaltenem Konjugat durch Bestimmen von FRET, insbesondere der Abnahme von FRET, zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares.The method for detecting a defect in the demodification of proteins linked to ubiquitin-related proteins comprises the following steps: (a) providing a test system comprising (i) an isopeptidase substrate containing a target protein which is linked to covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET, and at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair; in particular, this being due to an isopeptide bond between the ε-amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group the at least one ubiquitin-related protein are linked together; and (ii) at least one cell extract to be tested; and contacting components (i) - (ii) under conditions permitting cleavage of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein; and (b) determining the amount of cleaved conjugate by determining FRET, in particular the decrease in FRET, between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair.

Der zu testende Zellextrakt kann jeweils aus Zellen von Gewebe eines zu untersu- chenden Individuums und/oder aus Zellen aus Zellkultur stammen. Dem Fachmann sind geeignete Verfahren zur Herstellung derartiger Zellextrakte bekannt.The cell extract to be tested can each originate from cells of tissue of an individual to be examined and / or cells from cell culture. The person skilled in the art is familiar with suitable methods for producing such cell extracts.

In wiederum einem weiteren Aspekt wird ein neuartiges Verfahren zur Identifizierung von Zielproteinen für die Modifizierung mit Ubiquitin-verwandten Proteinen vorgeschlagen, dass die folgenden Schritt umfasst: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) mindestens ein zu testendes Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Flurescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, (ii) mindestens ein Ubiquitin- verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor- Paares kovalent verknüpft ist, (iii) Enzyme, die die Bildung einer Isopeptidbindung zwischen dem mindestens einem Zielprotein und dem mindestens einem Ubiquitin-verwandten Protein bewirken; (iv) ATP und/oder ein ATP-Derivat; und Inkontaktbringen der Bestandteile (i) - (iv) unter Bedingungen, die den Ablauf der enzymatischen Reaktion erlauben; und (b) Nachweisen der Bildung von Konjugat aus Zielprotein und Ubiquitin-verwandtem Protein und/oder Bestimmen der Menge an gebildetem Konjugat durch Bestimmen von FRET zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares.In yet another aspect, a novel method for identifying target proteins for modification with ubiquitin-related proteins is proposed, which comprises the following steps: (a) providing a test system comprising (i) at least one target protein to be tested which is linked to a first (Ii) at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair, (iii) enzymes, the cause the formation of an isopeptide bond between the at least one target protein and the at least one ubiquitin-related protein; (iv) ATP and / or an ATP derivative; and contacting components (i) - (iv) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) detecting the formation of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein and / or determining the amount of conjugate formed by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair.

Dieses Verfahren erlaubt ein Screening auf Zielproteine für bestimmte Ubiquitin- verwandte Proteine. Dabei kann das Inkontaktbringen der vorangehenden Bestandteile des Testsystems in einer Zelle, insbesondere in einer Zelle außerhalb des menschlichen oder tierischen Körpers, bewirkt werden, wobei eine Säugeroder Hefezelle bevorzugt ist. Das mindestens eine zu testende Zielprotein kann in Form eines Fusionsproteins mit einem ersten fluoreszierenden Protein, vorzugsweise einem Fusionsprotein mit dem FRET-Donor CFP, verwendet werden. In einer besonders praktischen Ausführungsform stammt ein solches Fusionsprotein aus einer Expressionbank und kann z.B. mittels einer für dieses Fusionsprotein kodierenden cDNA in eine Zelle eingebracht und darin exprimiert werden. Auf dieses Weise ist es dem Fachmann aufgrund der im Stand der Technik bekannten kombinatorischen Techniken und Verfahren leicht möglich, eine sehr große An- zahl von potentiellen Zielproteinen zu screenen. Besonders vorteilhaft ist, wenn das zweite Chromophor ein zweites fluoreszierendes Protein, vorzugsweise der FRET-Akzeptor YFP, ist und beispielsweise das mindestens eine Ubiquitin- verwandte Protein in Form eines Fusionsproteins mit dem zweiten fluoreszierenden Protein in einer Zelle exprimiert wird. Ein Beispiel für ein Ubiquitin- verwandtes Protein ist SUMO (Small Ubiquitin-related Modifier), insbesondere SUMO1, SUMO2 und/oder SUMO3. Vorteilhafterweise kann ein Fusionsprotein umfassend SUMO und YFP verwendet werden, wobei insbesondere die Aminosäuren 1-91 von SUMO1, die Aminosäuren 1-92 von SUMO2 oder die Aminosäuren 1-93 von SUMO3 mit dem C-terminalen Ende von YFP fusioniert sind.This method allows screening for target proteins for certain ubiquitin-related proteins. In this case, the contacting of the preceding constituents of the test system in a cell, in particular in a cell outside of the human or animal body, with a mammalian or yeast cell being preferred. The at least one target protein to be tested can be used in the form of a fusion protein with a first fluorescent protein, preferably a fusion protein with the FRET donor CFP. In a particularly practical embodiment, such a fusion protein originates from an expression library and can be introduced, for example, by means of a cDNA coding for this fusion protein into a cell and expressed therein. In this way, it is readily possible for a person skilled in the art, based on the combinatorial techniques and methods known in the art, to screen a very large number of potential target proteins. It is particularly advantageous if the second chromophore is a second fluorescent protein, preferably the FRET acceptor YFP, and, for example, the at least one ubiquitin-related protein is expressed in the form of a fusion protein with the second fluorescent protein in a cell. An example of a ubiquitin-related protein is SUMO (small ubiquitin-related modifier), in particular SUMO1, SUMO2 and / or SUMO3. Advantageously, a fusion protein comprising SUMO and YFP may be used, wherein in particular amino acids 1-91 of SUMO1, amino acids 1-92 of SUMO2 or amino acids 1-93 of SUMO3 are fused to the C-terminal end of YFP.

Dem Fachmann sind die entsprechenden Enzyme gemäß Schritt (a) (ii) des vorgenannten Verfahrens bekannt (siehe auch Hershko and Ciechanover, 1998; Hochstrasser, 1998; Jentsch and Pyrowolakis, 2000; Melchior, 2000; Yeh et al., 2000). So wird er entsprechende El- und E2-Enzyme, wahlweise in Kombination mit mindestens einem E3 -Enzym, einsetzen. Im Falle von SUMO kann als El - Enzym das Aosl/Uba2-Heterodimer und als E2-Enzym das Ubc9-Protein eingesetzt werden.The person skilled in the art knows the corresponding enzymes according to step (a) (ii) of the aforementioned process (see also Hershko and Ciechanover, 1998, Hochstrasser, 1998, Jentsch and Pyrowolakis, 2000, Melchior, 2000, Yeh et al., 2000). So he will use appropriate El and E2 enzymes, optionally in combination with at least one E3 enzyme. In the case of SUMO, the El - enzyme can be the Aosl / Uba2 heterodimer and the E2 enzyme the Ubc9 protein.

Zweckmäßigerweise kann das Zielprotein, das Ubiquitin-verwandte Protein und/oder die Enzyme in Form eines gereinigten Proteins, entweder partiell oder bis zur Homogenität gereinigt, oder eines Zellextraktes eingesetzt werden, wobei ein Extrakt aus Säuger-, Insekten-, Hefe- und/oder Bakterienzellen bevorzugt ist.Conveniently, the target protein, the ubiquitin-related protein and / or the enzymes in the form of a purified protein, either partially or purified to homogeneity, or a cell extract, with an extract of mammalian, insect, yeast and / or bacterial cells being preferred.

Bei dem mindestens einem zu testenden Zielprotein kann es sich auch um ein De- rivat, wie vorangehend definiert, eines bekannten Zielproteins handeln, beispielsweise um bestimmte Mutanten. Wahlweise oder alternativ dazu kann auch ein entsprechend definiertes Derivat des Ubiquitin-verwandten Proteins und/oder der Enzyme verwendet werden. Sollte es gewünscht sein, die Identität des Zielproteins zu verifizieren (beispielsweise wenn eine kombinatorische Bank aus mutanten Zielproteinen gescreent wird, die mittels des sog. „DNA-shufflings„ erhalten wurde) oder die Identität des Zielproteins zu ermitteln (z.B. bei dem Screening einer Expressionbank mit potentiellen Zielproteinen), kann dies mittels dem Fachmann bekannter molekularbiologischer, biochemischer und/oder biophysikalischer Verfahren wie vorstehend beschrieben geschehen.The at least one target protein to be tested may also be a derivative, as defined above, of a known target protein, for example certain mutants. Alternatively or alternatively, an appropriately defined derivative of the ubiquitin-related protein and / or the enzymes may also be used. Should it be desired to verify the identity of the target protein (for example, when screening a combinatorial library of mutant target proteins obtained by so-called "DNA shuffling") or to determine the identity of the target protein (eg in the screening of an expression library with potential target proteins), this can be done by means of molecular biological, biochemical and / or biophysical methods known to the person skilled in the art as described above.

In einem weiteren Aspekt schlagen die Erfinder einen Kit zum Nachweis von Modifizierungen von Proteinen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen vor, der die folgenden Bestandteile umfasst: (i) mindestens ein Zielprotein und/oder Derivat hiervon, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Flurescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und/oder eine hierfür kodierende Nukleinsäure; und (ii) mindestens ein Ubiquitin- verwandtes Protein und/oder Derivat hiervon, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, und/oder eine hierfür kodierende Nukleinsäure; sowie wahlweise (iii) Enzyme, die die Bildung einer Isopep- tidbindung zwischen dem mindestens einem Zielprotein und dem mindestens einem Ubiquitin-verwandten Protein bewirken; und/oder mindestens eine hierfür kodierende Nukleinsäure; und/oder (iv) ATP und/oder ein ATP -Derivat. Vorteilhafte Ausführungsformen der genannten Bestandteile sind aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich. In einem weiteren Aspekt wird ein Fusionsprotein bereitgestellt, das SUMO und ein fluoreszierende Protein, vorzugsweise YFP, umfasst, wobei insbesondere die Aminosäuren 1-91 von SUMO1, die Aminosäuren 1-91 von SUMO2 oder die Aminosäuren 1-93 von SUMO3 mit dem C-terminalen Ende von YFP fusioniert sind. Des weiteren wird auch ein Fusionsprotein vorgeschlagen, das RanGAPl und ein fluoreszierendes Protein, vorzugsweise CFP, umfaßt, wobei beispielsweise die C-terminale Domäne von RanGAPl mit dem N- oder C-terminalen Ende von CFP fusioniert sein kann. Für die genannten Fusionsproteine kodierende Nukleinsäuren sind ebenfalls vorgesehen. Weiterhin wird eine Zelle bereitgestellt, insbesondere eine Säugerzelle außerhalb des menschlichen oder tierischen Körpers oder eine Hefezelle, die eines oder beide der vorgenannte Fusionsproteine exprimiert.In a further aspect, the inventors propose a kit for the detection of modifications of proteins with ubiquitin-related proteins, which comprises the following components: (i) at least one target protein and / or derivative thereof, which is linked to a first chromophore of a donor-acceptor protein. Couple for FRET (Flurescence Resonance Energy Transfer) is covalently linked, and / or a nucleic acid encoding it; and (ii) at least one ubiquitin-related protein and / or derivative thereof covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair, and / or a nucleic acid encoding the same; and optionally (iii) enzymes which cause the formation of an isopep tide bond between the at least one target protein and the at least one ubiquitin-related protein; and / or at least one nucleic acid coding for this purpose; and / or (iv) ATP and / or an ATP derivative. Advantageous embodiments of said components are apparent from the foregoing description. In a further aspect, there is provided a fusion protein comprising SUMO and a fluorescent protein, preferably YFP, wherein in particular amino acids 1-91 of SUMO1, amino acids 1-91 of SUMO2 or amino acids 1-93 of SUMO3 with the C- terminal end of YFP are fused. Furthermore, a fusion protein is also proposed which comprises RanGAP1 and a fluorescent protein, preferably CFP, whereby, for example, the C-terminal domain of RanGAP1 may be fused to the N- or C-terminal end of CFP. Nucleic acids encoding the fusion proteins are also provided. Furthermore, a cell is provided, in particular a mammalian cell outside the human or animal body or a yeast cell which expresses one or both of the aforementioned fusion proteins.

In einem weiteren Aspekt wird ein Isopeptidase-Substrat bereitgestellt, das ein Zielprotein umfaßt, welches mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor- Paares für FRET (Fluorescent Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und ein Ubiquitin-verwandtes Protein, daß das Zielprotein modifiziert und mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, wobei das Zielprotein und das Ubiquitin-verwandte Protein über mindestens eine Isopeptidbindung verknüpft sind. Bei den letzteren beiden Proteinen kann es sich auch um Derivate im Sinne der vorangehenden Definition handeln. Insbesondere besteht die mindestens eine Isopeptidbindung zwischen mindestens einer ε- Aminogruppe eines Lysins des Zielproteins und der C-terminalen Carboxygruppe des Ubiquitin-verwandten Proteins. In einer bevorzugten Ausführungsform han- delt es sich bei dem Ubiquitin-verwandten Protein um SUMO, insbesondere SUMO1, SUMO2 oder SUMO3. Das Zielprotein für SUMO kann eines der nachfolgenden Proteine, oder ein noch zu identifizierendes Protein sein: RanGAPl, RanBP2, PML, SplOO, IκBα, D. melanogaster Dorsal, ρ53, c-Jun, HIPK2, S. cere- visiae Cdc3, S. cerevisiae Cdcll, S. cerevisiae Sep7/Shsl, hCMV BEI, hCMV IE2, D. melanogaster Tramtrack, Topoisomerase I, Glutl, Glut4 und Mdm2 (siehe Melchior, 2000, Tabelle I). In einer besonderen Ausführungsform ist das erste Chromophor ein erstes fluoreszierendes Protein und das zweite Chromophor ein zweites fluoreszierendes Protein, wobei vorzugsweise das erste Chromophor der FRET-Donor CFP ("Cyan Fluorescent Protein") und das zweite Chromophor der FRET-Akzeptor YFP ("Yellow Fluorescent Protein") ist. Insbesondere wird das Zielprotein und/oder Ubiquitin-verwandte Protein in Form eines Fusionproteins mit einem fluoreszierenden Protein, z.B. in Form von CFP-RanGAPl und/oder YFP-SUMO verwendet.In another aspect, there is provided an isopeptidase substrate comprising a targeting protein covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET (Fluorescent Resonance Energy Transfer), and a ubiquitin-related protein that modifies the targeting protein and covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair, wherein the target protein and the ubiquitin-related protein are linked via at least one isopeptide bond. The latter two proteins may also be derivatives as defined above. In particular, the at least one isopeptide bond is between at least one ε-amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group of the ubiquitin-related protein. In a preferred embodiment, the ubiquitin-related protein is SUMO, in particular SUMO1, SUMO2 or SUMO3. The target protein for SUMO may be one of the following proteins, or still to be identified Protein: RanGAPl, RanBP2, PML, SplOO, I κ B α, D. melanogaster Dorsal, ρ53, c-Jun, HIPK2, S. cere- visiae CDC3 , S. cerevisiae Cdcll, S. cerevisiae Sep7 / Shsl, hCMV BEI, hCMV IE2, D. melanogaster Tramtrack, topoisomerase I, Glutl, Glut4 and Mdm2 (see Melchior, 2000, Table I). In a particular embodiment, the first one The first chromophore is a first fluorescent protein and the second chromophore is a second fluorescent protein, preferably wherein the first chromophore is the FRET donor CFP ("cyan fluorescent protein") and the second chromophore is the FRET acceptor YFP ("yellow fluorescent protein"). In particular, the target protein and / or ubiquitin-related protein is used in the form of a fusion protein with a fluorescent protein, eg in the form of CFP-RanGAP1 and / or YFP-SUMO.

In wiederum einem anderen Aspekt der Erfindung schlagen die Erfinder die Ver- wendung eines Kits, eines Fusionsproteins, und/oder einer Zelle, wie jeweils vorstehend beschrieben, zur Analyse von Modifizierungen von Proteinen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen, zum Bestimmen von Stoffen, die die Modifizierung eines Zielproteins mit Ubiquitin-verwandten Proteinen beeinflussen, zur Identifizierung von Zielproteinen für die Modifizierung mit Ubiquitin-verwandten Pro- feinen und/oder zur Diagnose, insbesondere zum Nachweis eines Defekts in der Modifizierung von Proteinen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen, vor. Gleichermaßen wird die Verwendung des beschriebenen Isopeptidase-Substrats zur Analyse von Demodifizierungen von Proteinen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen, zum Bestimmen von Stoffen, die die Demodifizierung eines Zielproteins mit Ubi- quitin-verwandten Proteinen beeinflussen, und/oder zur Diagnose, insbesondere zum Nachweis eines Defekts in der Demodifizierung von Proteinen mit Ubiquitin- verwandten Proteinen, bereitgestellt.In yet another aspect of the invention, the inventors propose the use of a kit, a fusion protein, and / or a cell, each as described above, for the analysis of modifications of proteins with ubiquitin-related proteins, for the determination of materials which inhibit the proteins Modification of a target protein with ubiquitin-related proteins, for the identification of target proteins for the modification with ubiquitin-related proteins and / or for the diagnosis, in particular for the detection of a defect in the modification of proteins with ubiquitin-related proteins before. Similarly, the use of the described isopeptidase substrate for the analysis of demodifications of proteins with ubiquitin-related proteins, for determining substances which influence the demodification of a target protein with ubiquitin-related proteins, and / or for the diagnosis, in particular for the detection of a Defect in the demodification of proteins with ubiquitin-related proteins provided.

Abschließend werden Verfahren zur Herstellung einer pharmazeutischen Zusam- mensetzung bereitgestellt. Das erste Verfahren umfaßt in einer ersten Stufe die vorangehend beschriebenen Schritte zum Bestimmen von Stoffen, die (i) die Modifizierung eines Zielproteins mit Ubiquitin-verwandten Proteinen beeinflussen, oder (ii) die Demodifizierung eines Proteins, das mit mindestens einem Ubiquitin- verwandten Protein verknüpft ist, beeinflussen, und in einer zweiten Stufe das Vermischen des getesteten und/oder identifizierten Stoffs mit einem dem Fachmann bekannten pharmazeutisch verträglichen Träger (siehe z.B. Sucker et al., 1991). Das zweite Verfahren umfaßt in einer ersten Stufe die vorangehend beschriebenen Schritte zur Identifzierung eines Zielproteins für Ubiquitin- verwandten Proteinen, und in einer zweiten Stufe das Vermischen des identifizierten Zielproteins oder eines Derivats hiervon mit einem pharmazeutisch ver- fraglichen Träger. Die vorliegende Offenbarung stellt somit wirksame Verfahren zur Idenfizierung von Agenzien, Verbindungen oder sog. "lead compounds" für Arzneimittel bereit, die die Modifizierung bzw. Demodifizierung mit Ubiquitin- verwandten Proteinen direkt oder indirekt betreffen. Die identifizierten Stoffe und/oder Zielproteine können mittels automatisierter und kosteneffektiver HTS- Verfahren zum Screening von kombinatorischen Banken zum Bereitstellen von wirksamen Bestandteilen von Arzneimittel verwendet werden. Letztere werden dann mittels üblicher Verfahren auf ihre Aktivität und minimale Toxizität optimiert. Klinische Anwendungsgebiete schließen die Behandlung von viral bedingten Krankheiten, Neurodegenerativen Krankheiten, Tumoren, Entzündungen und Krankheiten des Immunsystems ein.Finally, methods for preparing a pharmaceutical composition are provided. The first method comprises, in a first step, the steps described above for determining substances that (i) affect the modification of a target protein with ubiquitin-related proteins, or (ii) the demodification of a protein that associates with at least one ubiquitin-related protein and, in a second step, mixing the tested and / or identified substance with a pharmaceutically acceptable carrier known to those skilled in the art (see, for example, Sucker et al. 1991). The second method comprises in a first step the steps described above for identifying a target protein for ubiquitin-related proteins, and in a second step mixing the identified target protein or a derivative thereof with a pharmaceutically acceptable carrier. The present disclosure thus provides effective methods of identifying agents, compounds, or so-called "lead compounds" for drugs that directly or indirectly affect the modification or demodification with ubiquitin-related proteins. The identified substances and / or target proteins may be used by automated and cost-effective HTS methods to screen combinatorial libraries for providing effective components of drugs. The latter are then optimized by conventional methods for their activity and minimal toxicity. Clinical applications include the treatment of viral diseases, neurodegenerative diseases, tumors, inflammation and immune system diseases.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen können entweder allein oder in Kombination mit anderen Ausf hrungsformen verwendet werden.The embodiments described above may be used either alone or in combination with other embodiments.

Die folgenden Figuren und Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie darauf zu beschränken. Die darauffolgenden Ansprüche werden hiermit durch Bezugnahme in den Text dieser Beschreibung mitaufgenommen.The following figures and examples are intended to explain the invention in more detail, without limiting it thereto. The following claims are hereby incorporated by reference into the text of this specification.

Beschreibung der FigurenDescription of the figures

Fig 1 zeigt das Prinzip und die Anwendungsmöglichkeiten der Testverfahren zur Bestimmung von posttranslationalen Modifizierungen bzw. Demodifizierungen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen.1 shows the principle and possible applications of the test methods for the determination of post-translational modifications or demodifications with ubiquitin-related proteins.

Ubiquitin-verwandte Proteine werden in Enzym-vermittelten Reaktionen an eine Vielzahl von zellulären Proteinen kovalent angeheftet. Dabei wird mindestens eine Isopeptidbindung zwischen dem Ubiquitin- verwandten Protein und dem Zielprotein ausgebildet. Isopeptidasen können diese Bindung wieder spalten. Unter Ausnutzung von „Fluorescence Resonance Energy Transfer,, (FRET) kann sowohl die Verknüpfung (Modifizierung) als auch die Spaltung (Demodifizierung) in Lösung ki- netisch verfolgt werden. Diese Testverfahren eignen sich prinzipiell für die Analyse alle bekannten Paare von Zielprotein und Ubiquitin- verwandten Proteinen, und können beispielsweise angewandt werden für: 1. Die Identifizierung von modifizierten und demodifizierten Enzymen, sowie anderer Faktoren, die diese Modifikation/Demodifizierung beein- flussen (Bindungspartner, Kinasen, Phosphatasen, etc). 2. Die Identifizierung von pharmazeutisch relevanten Substanzen, die die Modifizierung/ Demodifizierung spezifischer Zielproteine inhibieren oder aktivieren. 3. Die Identifizierung und Analyse von Mutanten der Zielproteine, Ubiquitin-verwandte Proteine und der erforderlichen Enzyme. 4. Die Identifizie- rang von neuen Zielproteinen für ein bekanntes Ubiquitin-verwandtesUbiquitin-related proteins are covalently attached to a variety of cellular proteins in enzyme-mediated reactions. At least one isopeptide bond between the ubiquitin formed related protein and the target protein. Isopeptidases can cleave this bond again. Utilizing "Fluorescence Resonance Energy Transfer" (FRET), both the linkage (modification) and the cleavage (demodification) in solution can be studied in solution. These test methods are suitable in principle for the analysis of all known pairs of target protein and ubiquitin-related proteins, and can be used, for example, for: 1. The identification of modified and demodified enzymes, as well as other factors that influence this modification / demodification (binding partner , Kinases, phosphatases, etc). 2. The identification of pharmaceutically relevant substances that inhibit or activate the modification / demodification of specific target proteins. 3. The identification and analysis of mutants of the target proteins, ubiquitin-related proteins and the required enzymes. 4. Identification of new target proteins for a known ubiquitin-related protein

Protein. 5. Die Diagnostik.Protein. 5. Diagnosis.

Fig. 2 zeigt die Rekonstitution der SUMO 1 -Modifizierung mit fluoreszierenden Fusionsproteinen und rekombinanten Enzymen.Fig. 2 shows the reconstitution of SUMO 1 modification with fluorescent fusion proteins and recombinant enzymes.

Standard: das El-Enzym-Heterodimer His-Aosl/Uba2, das E2-Enzym Ubc9, CFP-RanGAP (Aminosäuren (As.) 400-589), und YFP-SUMO1 (As. 1-97) wurden in Anwesenheit von ATP 30 min bei 30°C inkubiert, anschließend mit Probenauftragspuffer versetzt, mittels SDS-PAGE auf- getrennt und durch Immunblot-Anfärbung mit anti-RanGAPl-Standard: the El enzyme heterodimer His-Aosl / Uba2, the E2 enzyme Ubc9, CFP-RanGAP (amino acids (As.) 400-589), and YFP-SUMO1 (As. 1-97) were prepared in the presence of ATP Incubated for 30 min at 30 ° C, then mixed with sample application buffer, separated by SDS-PAGE and by immunoblot staining with anti-RanGAPl-

Antikörpern (oberer Teil von Fig. 1), oder mit anti-GFP- Antikörpern (unterer Teil) analysiert.Antibodies (upper part of Fig. 1), or analyzed with anti-GFP antibodies (lower part).

ATP: wie Standard, aber ohne ATP. + SUMO: wie Standard, aber mit Uberschuss an nichtfluoreszierendem SUMO1.ATP: as standard, but without ATP. + SUMO: as standard, but with excess of nonfluorescent SUMO1.

- Ubc9: wie Standard, aber ohne Ubc9-Zugabe.- Ubc9: as standard, but without Ubc9 addition.

- El : wie Standard, aber ohne Zugabe von Aosl/Uba2. ** zeigt die Isopeptidbindung an.- El: as standard, but without the addition of Aosl / Uba2. ** indicates the isopeptide bond.

Fig. 3 zeigt den Nachweis der SUMO 1 -Modifizierung von fluoreszierenden Fusionsproteinen durch FRET.Fig. 3 shows the detection of SUMO 1 modification of fluorescent fusion proteins by FRET.

Das El-Enzym-Heterodimer His-Aosl/Uba2, das E2-Enzym Ubc9, CFP-The El enzyme heterodimer His-Aosl / Uba2, the E2 enzyme Ubc9, CFP-

RanGAP (As. 400-589), und YFP-SUMO1 (As. 1-97) wurden in Mikro- titerplatten gemischt (Reaktionsvolumen 25 μl) und die Modifizierungsreaktion durch Zugabe von 1 mM ATP gestartet. Die Proben wurden bei 430 nm angeregt, und die Emission wurde bei 485 nm und 527 nm in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Es sind die Primärdaten, d.h. Emissionen bei 485 und 527 nm (Fig. 3A), und die prozessierten Daten, d.h. der Quotient der Emissionen bei 527 nm und 485 nm (Fig. 3B), gezeigt.RanGAP (aa 400-589) and YFP-SUMO1 (aa 1-97) were mixed in microtiter plates (reaction volume 25 μl) and the modification reaction started by addition of 1 mM ATP. The samples were excited at 430 nm and the emission was measured at 485 nm and 527 nm versus time. It is the primary data, i. Emissions at 485 and 527 nm (Figure 3A), and the processed data, i. the quotient of emissions at 527 nm and 485 nm (Figure 3B).

Fig. 4 zeigt die Analyse von Inhibitoren der Modifizierung im FRET- Testsystem.Fig. 4 shows the analysis of inhibitors of modification in the FRET test system.

His-Aosl/Uba2, Ubc9, CFP-RanGAP (As. 400-589), und YFP-SUMO1 (As. 1-97) wurden in Mikrotiterplatten gemischt (Reaktionsvolumen 25 μl). Zu den Proben in Fig. 4A wurden darüber hinaus ansteigende Men- gen an nichtfluoreszierendem RanGAPl als Kompetitor gegeben; zuHis-Aosl / Uba2, Ubc9, CFP-RanGAP (Aa 400-589), and YFP-SUMO1 (Aa 1-97) were mixed in microtiter plates (reaction volume 25 μl). In addition to the samples in FIG. 4A, increasing amounts of nonfluorescent RanGAP1 have been added as a competitor; to

Proben in Fig. 4B wurden ansteigende Mengen an Gst-RanBP2 (As. 7634-8806) gegeben, welches an das Enzym Ubc9 bindet und dieses da- durch inhibiert. Durch Zugabe von 1 mM ATP wurden die Modifizierungsreaktionen gestartet. Die Proben wurden bei 430 nm angeregt, und die Emission wurde bei 485 nm und 527 nm in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Die Zugabe des Kompetitors (s. Fig. 4A) ändert die Rate und maximale Höhe des entstehenden Signals. Die Zugabe des nicht- kompetitiven Inhibitors (s. Fig. 4B) ändert die Rate, aber nicht die maximale Höhe des entstehenden Signals.Samples in Fig. 4B were given increasing amounts of Gst-RanBP2 (aa 7634-8806) which binds to the enzyme Ubc9 and this inhibited by. By addition of 1 mM ATP, the modification reactions were started. The samples were excited at 430 nm and the emission was measured at 485 nm and 527 nm versus time. The addition of the competitor (see Fig. 4A) changes the rate and maximum magnitude of the resulting signal. The addition of the non-competitive inhibitor (see Fig. 4B) alters the rate but not the maximum magnitude of the resulting signal.

Fig. 5 zeigt die Analyse der Isopeptidase-Aktivität im FRET-Testsystem.Fig. 5 shows the analysis of isopeptidase activity in the FRET test system.

Jeweils 25 μl Isopeptidase-Substrat, bestehend aus dem Konjugat von CFP-RanGAP (As. 400-589) und YFP-SUMO1 (As. 1-97), wurden mit rekombinanter Isopeptidase (Gst-Ulpl) bei 37°C inkubiert. Die Proben wurden bei 430 nm angeregt, und die Emission wurde bei 485 nm und 527 nm in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Die Spaltung der Isopeptidbindung führt zu einer Abnahme des FRET-Signals.In each case 25 μl of isopeptidase substrate, consisting of the conjugate of CFP-RanGAP (aa 400-589) and YFP-SUMO1 (aa 1-97), were incubated with recombinant isopeptidase (Gst-Ulpl) at 37 ° C. The samples were excited at 430 nm and the emission was measured at 485 nm and 527 nm versus time. The cleavage of the isopeptide bond leads to a decrease in the FRET signal.

BeispieleExamples

1. Herstellung von rekombinantem YFP-SUMO CFP-RanGAP. SUMO1-1. Preparation of Recombinant YFP-SUMO CFP-RanGAP. SUMO1

Aktivierendem Enzym Aosl/Uba2, SUMO 1 -konjugierendem Enzym Ubc9 und der Isopeptidase UlplActivating enzyme Aosl / Uba2, SUMO 1 -conjugating enzyme Ubc9 and isopeptidase Ulpl

Die C-terminale 20 kDa Domaine des SUMO 1 -Target Protein RanGAPl (Maus, As. 400-589; GenBank:U08111; Mahajan et al., 1997) wurde in den Vektor pE- CFP (Clontech) kloniert, als Cyan Fluoreszent Protein (CFP)-Fusionsprotein in E. coli exprimiert und über DEAE-Sepharose und Gelfiltration partiell aufgereinigt.The 20 kDa C-terminal domain of the SUMO 1 target protein RanGAP1 (mouse, As, 400-589; GenBank: U08111; Mahajan et al., 1997) was inserted into the pE vector. CFP (Clontech), expressed as cyan fluorescent protein (CFP) fusion protein in E. coli and partially purified via DEAE-Sepharose and gel filtration.

SUMO1 (human, As. 1-97; GenBank:U67122; Mahajan et al, 1997) wurde in den Vektor pE-YFP (Clontech) kloniert, als Yellow Fluoreszent Protein (YFP) Fusi- onsprotein in E. coil exprimiert und daraus über DEAE Sepharose und Gelfiltration partiell gereinigt.SUMO1 (human, As. 1-97; GenBank: U67122; Mahajan et al., 1997) was cloned into the vector pE-YFP (Clontech), expressed as Yellow Fluorescent Protein (YFP) fusion protein in E. coli and transduced therefrom DEAE sepharose and gel filtration partially purified.

Die kodierende Region von Ubc9 (Maus; GenBank:U94402) wurde in die Ndel- und BamHI-Schnittstellen des Vektor pET23a (Novagen, Madison, USA) kloniert, in E. coli exprimiert und über S-Sepharose und Gelfiltration gereinigt. Das El Heterodimer Aosl/Uba2 (humanes Uba2, GenBank: AF090384; humanes Aosl, GenBank:NM_005500) wurde durch simultane Expression beider Untereinheiten in E. coli von den Plasmiden pETl ld (Uba2) und pET28a (Aosl) (Plasmide von Novagen, Madison, USA) erhalten. Dabei wurde Aosl mit einem N-terminalen His6 - Tag exprimiert. Reinigung erfolgte zunächst über Binden an - und Elution von ProBond™ Resin (Invitrogen, Groningen, Niederlande), dann über Gelfiltration und anschließend Chromatographie über Q-Sepharose.The coding region of Ubc9 (mouse, GenBank: U94402) was cloned into the Ndel and BamHI sites of the vector pET23a (Novagen, Madison, USA), expressed in E. coli and purified by S-Sepharose and gel filtration. The El heterodimer Aos1 / Uba2 (human Uba2, GenBank: AF090384, human Aos1, GenBank: NM_005500) was obtained by simultaneous expression of both subunits in E. coli from the plasmids pETI1d (Uba2) and pET28a (Aos1) (plasmids from Novagen, Madison , USA). Aosl was expressed with an N-terminal His6 tag. Purification was first by binding and elution of ProBond ™ Resin (Invitrogen, Groningen, The Netherlands), then by gel filtration followed by chromatography on Q-sepharose.

Ulpl wurde als Gst-Fusionsprotein in E.coli exprimiert und über Glutathion- Sepharose und Gelfiltration gereinigt. Das Expressionsplasmid (Li und Hochstras- ser. 1999) wurde von Dr. Mark Hochstrasser, Yale, USA zur Verfügung gestellt.Ulpl was expressed as a Gst fusion protein in E. coli and purified by glutathione sepharose and gel filtration. The expression plasmid (Li and Hochstraser, 1999) was used by Dr. med. Mark Hochstrasser, Yale, USA.

in vttro-Modifizierungsreaktionin vttro modification reaction

Die unter 1. beschriebenen rekombinanten Proteine Aosl/Uba2, Ubc9, YFP- SUMO1 und CFP-RanGAP wurden in 386-Well-Mirotiterplatten zusammengege- ben, zum Reaktionsstart mit ATP versetzt, und in dem Fluoreszenz-Meßgerät Flu- oroskan Ascent FL der Firma Labsystems GmbH (Frankfurt, Deutschland) bei 38°C für bis zu 120 Minuten alle 30 oder 60 Sekunden vermessen. Dabei wurde Licht der Wellenlänge 430 nm (optimale Anregungswellenlänge für CFP) einge- strahlt und die Fluoreszenz bei den Wellenlängen 485 nm (Maximum der Emission von CFP) und 527 nm (Maximum der Emission von YFP) gemessen. Alternativ dazu wurden die Proben für 30 min inkubiert, in SDS-PAGE- Probenauftragspuffer aufgenommen, und durch Westerblot-Analyse mit anti- RanGAPl (Mahajan et al., 1997) oder anti-GFP-Antikörpern (erhältlich von Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, USA) analysiert.The recombinant proteins Aosl / Uba2, Ubc9, YFP-SUMO1 and CFP-RanGAP described under 1. were combined in 386-well microtiter plates, ATP was added to initiate the reaction, and the fluorescence meter Fluoroskan Ascent FL from the company Labsystems GmbH (Frankfurt, Germany) at 38 ° C for up to 120 minutes every 30 or 60 seconds measured. In this case, light of wavelength 430 nm (optimum excitation wavelength for CFP) was inserted. radiates and the fluorescence at the wavelengths 485 nm (maximum of the emission of CFP) and 527 nm (maximum of the emission of YFP) measured. Alternatively, the samples were incubated for 30 min, taken in SDS-PAGE sample application buffer, and by Western blot analysis with anti-RanGAPl (Mahajan et al., 1997) or anti-GFP antibodies (available from Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz , USA).

3. in v/tro-Demodifizierungsreaktion (Isopeptidase-Test)3. in v / tro-demodification reaction (isopeptidase test)

Isopeptidase-Substrat, bestehend aus dem Konjugat von CFP-RanGAP (As. 400- 589) und YFP-SUMO1 (oder YFP-SUMO2), wurde erzeugt, indem zunächst die unter 1. beschriebenen rekombinanten Proteine Aosl/Uba2, Ubc9, YFP-SUMO1 (oder YFP-SUMO2) und CFP-RanGAP in Anwesenheit von ImM ATP bei 30°C für 30 min inkubiert wurden, und der Reaktionsmix nach erfolgter Verknüpfung von YFP-SUMO und CFP-RanGAP über Gelfiltration von verbleibendem ATP befreit wurde. [Angesichts dieser Offenbarung ist der Fachmann in der Lage, auf entsprechende Weise andere Isopeptidase-Substrate aus den geeigneten Bestandteilen herzustellen.]Isopeptidase substrate consisting of the conjugate of CFP-RanGAP (As. 400-589) and YFP-SUMO1 (or YFP-SUMO2) was generated by first recombining the recombinant proteins Aosl / Uba2, Ubc9, YFP- described in 1. SUMO1 (or YFP-SUMO2) and CFP-RanGAP were incubated in the presence of ImM ATP at 30 ° C for 30 min, and the reaction mixture after linking YFP-SUMO and CFP-RanGAP via gel filtration of remaining ATP was freed. [In view of this disclosure, one skilled in the art will be able to prepare other isopeptidase substrates from the appropriate ingredients in a similar manner.]

Jeweils 25 μl dieses Isopeptidase-Substrates wurden in 386-Well- Mikrotiterplatten mit ansteigenden Konzentrationen der Isopeptidase Ulpl versetzt, und im Fluoreszenz-Meßgerät Fluoroskan Ascent FL der Firma Labsystems (Firma, Ort, Staat) bei 37°C für bis zu 120 Minuten alle 60 Sekunden vermessen. Dabei wurde Licht der Wellenlänge 430 nm (optimale Anregungswellenlänge für CFP) eingestrahlt und die Fluoreszenz bei den Wellenlängen 485 nm (Maximum der Emission von CFP) und 527 nm (Maximum der Emission von YFP) gemessen. Alternativ dazu wurden die Proben für 30 min inkubiert, in SDS-PAGE- Probenauftragspuffer inkubiert, und durch Westerblot- Analyse mit anti-RanGAPl (Mahajan et al, 1997) oder anti-GFP-Antikörpern (erhältlich von Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, USA) analysiert. Quantitativer Nachweis der Modifizierung/Demodizierung eines Ubiquitin-verwandten Proteins und des Einflusses von Inhibitoren auf diese ReaktionIn each case 25 .mu.l of this isopeptidase substrate were mixed in 386-well microtiter plates with increasing concentrations of the isopeptidase Ulpl, and in the fluorescence meter Fluoroskan Ascent FL from Labsystems (company, town, state) at 37 ° C for up to 120 minutes all Measure 60 seconds. In this case, light of wavelength 430 nm (optimal excitation wavelength for CFP) was irradiated and the fluorescence at the wavelengths 485 nm (maximum of the emission of CFP) and 527 nm (maximum of the emission of YFP) measured. Alternatively, the samples were incubated for 30 min, incubated in SDS-PAGE sample application buffer, and by Western blot analysis with anti-RanGAPI (Mahajan et al, 1997) or anti-GFP antibodies (available from Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, USA). Quantitative detection of the modification / demodulation of a ubiquitin-related protein and the influence of inhibitors on this reaction

Die generelle Anfwendbarkeit des auf FRET basierenden Testverfahrens wird nachfolgend anhand eines spezifischen Paares von "Zielprotein" und "Ubiquitin- verwandtem Protein" demonstriert.The general applicability of the FRET-based assay is demonstrated below with a specific pair of "target protein" and "ubiquitin-related protein."

RanGAPl, ein am Transport von Proteinen in den Zellkern beteiligtes Protein, wird kovalent mit dem Ubiquitin-verwandten Protein SUMOl verknüpft (Mahajan et al., 1997; Mahajan et al., 1998). Diese Modifizierung ändert die cy- toplasmatische Lokalisation des unmodifϊziereten RanGAPl, indem sie eine stabile Assoziation des RanGAPl mit dem Kernporenkomplex-Protein RanBP2 ermöglicht. Die Modifizierung von RanGAPl mit SUMOl kann in vitro- rekonstituiert werden, indem als Enzymquelle entweder Extrakte von Säugerzellen oder gereinigte (rekombinante) Enzyme verwendet werden und die Modifizierungsreaktion wie in Beispiel 2 gezeigt, gestartet und gemessen wird. Wie durch Westernblot Analyse demonstriert (Fig. 2), wurde das CFP-RanGAP- Fusionsprotein quantitativ mit dem YFP-SUMO1 -Fusionsprotein verknüpft. Da- bei war diese Reaktion abhängig von Energie (hier wurde ATP verwendet), von Ubc9, und von dem Heterodimer Aosl/Uba2. Die Zugabe eines Überschusses an unfusioniertem SUMO (As. 1-97) verhindert durch Kompetition die Verknüpfung mit YFP-SUMOl.RanGAP1, a protein involved in the transport of nuclear proteins, is covalently linked to the ubiquitin-related protein SUMO1 (Mahajan et al., 1997; Mahajan et al., 1998). This modification alters the cytoplasmic localization of the unmodified RanGAP1 by allowing a stable association of the RanGAP1 with the nuclear pore complex protein RanBP2. Modification of RanGAP1 with SUMOI can be reconstituted in vitro by using either mammalian cell extracts or purified (recombinant) enzymes as the enzyme source and starting and measuring the modification reaction as shown in Example 2. As demonstrated by Western blot analysis (Figure 2), the CFP-RanGAP fusion protein was quantitatively linked to the YFP-SUMO1 fusion protein. This reaction was dependent on energy (ATP was used here), Ubc9, and the heterodimer Aosl / Uba2. The addition of an excess of unfused SUMO (As. 1-97) prevents the association with YFP-SUMOl by competition.

Das Auftreten von FRET ist gekennzeichnet durch Verlust von Akzeptor- Fluoreszenz bei gleichzeitigem Anstieg der Donor-Fluoreszenz, wie nach Zusammengeben aller in Beispiel 1 beschriebenen Komponenten und ATP beobachtet werden kann, während bei Abwesenheit von ATP FRET nicht auftritt. Fig. 3A zeigt die tatsächlich gemessenen Daten, und Fig. 3B den Quotienten der Emis- sionen bei 527 nm und 485 nm. Ein Anstieg des Quotienten korrelierte unter allen getesteten Umständen strikt mit dem Auftreten der Konjugation, und ist daher abhängig von der Anwesenheit und Konzentration der geeigneten Enzyme (entweder rekombinant oder in Form von Zellextrakten) , und von Energie (in Form von ATP oder anderen verwendbaren Nukleotiden).The appearance of FRET is characterized by loss of acceptor fluorescence with concomitant increase in donor fluorescence, as can be observed after combining all of the components described in Example 1 and ATP, whereas FRET does not occur in the absence of ATP. FIG. 3A shows the actually measured data, and FIG. 3B shows the quotients of the emis- Increases in the quotient correlated strictly with the appearance of conjugation under all circumstances tested, and is therefore dependent on the presence and concentration of the appropriate enzymes (either recombinant or in the form of cell extracts), and energy ( in the form of ATP or other useful nucleotides).

Ein FRET- Signal konnte beispielsweise verliindert werden durch einen Inhibitor der Enzyme (z.B. N-Ethylmaleimid) oder nichtfluoreszierende Kompetitoren (z.B. rekombinantes RanGAPl oder SUMOl). Ein bereits entstandenes FRET-Signal konnte zerstört werden, wenn nach Entfernen von ATP durch die Hexokinase und Glukose Zellextrakte mit Isopeptidase-Aktivität zugegeben wurden. Fig. 4 zeigt exemplarisch die Signalveränderungen in Abhängigkeit eines kompetitiven Inhibitors (RanGAPl; Fig. 4A) und eines nichtkompetitiven Inhibitors (Gst-RanBP2, Fig. 4B; dieses Protein bindet sehr stabil an Ubc9 und entzieht es dadurch der Reaktion). Darüberhinaus konnten mit diesem Verfahren Mutanten von SUMOl und RanGAPl auf ihre Fähigkeit zur Konjugation untersucht werden, indem die Mutanten als nichtfluoreszierende Kompetitoren zugegeben wurden. Konjugationsfähige Mutanten reduzierten/oder verhinderten FRET, während bestimmte Mutanten, die nicht zur Konjugation fähig sind, FRET nicht beeinflußten.For example, a FRET signal could be relieved by an inhibitor of the enzymes (e.g., N-ethylmaleimide) or nonfluorescent competitors (e.g., recombinant RanGAPl or SUMOI). An already generated FRET signal could be destroyed if, after removal of ATP by the hexokinase and glucose, cell extracts with isopeptidase activity were added. 4 shows by way of example the signal changes as a function of a competitive inhibitor (RanGAP1, FIG. 4A) and of a noncompetitive inhibitor (Gst-RanBP2, FIG. 4B), which very stably binds to Ubc9 and thereby deprives it of the reaction). In addition, this method was used to screen mutants of SUMO1 and RanGAP1 for their conjugation ability by adding the mutants as nonfluorescent competitors. Conjugating mutants reduced / prevented FRET, whereas certain non-conjugating mutants did not affect FRET.

Die umgekehrte Reaktion, das heißt die Spaltung der Isopeptidbindung durch Isopeptidasen, führt zur Abnahme des FRET Signals. Fig. 5 zeigt beispielhaft die Demodifizierung durch die Hefe-Isopeptidase Ulpl. Weiterhin konnte die Isopep- tidaseaktivität in Gesamtextrakten und in Zellfraktionen von HeLA Zellen mit dem FRET- Verfahren quantitativ bestimmt werden (Daten nicht gezeigt).The reverse reaction, that is, the cleavage of the isopeptide bond by isopeptidases, leads to the decrease of the FRET signal. Fig. 5 exemplifies the demodification by the yeast isopeptidase Ulpl. Furthermore, the isopidotidase activity in total extracts and in cell fractions of HeLA cells could be quantitatively determined by the FRET method (data not shown).

Zusammengenommen demonstrieren diese Daten die Eignung der FRET- Testverfahren für die kinetische Analyse der Modifizierung und/oder der Demodifizierung von RanGAPl mit SUMOl und SUMO2. Prinzipiell lassen sich daher für jedes Paar von Zielprotein und Ubiquitin-verwandtem Protein solche Testverfahren aufbauen. Dabei sollte darauf geachtet werden, durch die geeignete Wahl von Chromophoren, der verwendeten Proteindomainen und der Verknüpfung mit dem Chromophor die Donor- und Akzeptor-Chromophore nach kovalenter Verknüpfung in ausreichende Nähe für FRET zu bringen. Angesichts der vorliegenden Offenbarung wird der Fachmann die geeigneten Materialien und Verfahren leicht erkennen.Taken together, these data demonstrate the suitability of the FRET test methods for the kinetic analysis of the modification and / or the demodification of RanGAPl with SUMOl and SUMO2. In principle, therefore, can be build up such assays for each pair of target protein and ubiquitin-related protein. Care should be taken to bring the donor and acceptor chromophores into sufficient proximity for FRET by covalent linkage through appropriate choice of chromophores, protein domains, and chromophore linkage. In view of the present disclosure, those skilled in the art will readily recognize the appropriate materials and methods.

5. Bestimmen von Proteinen, die die Modifizierung eines bekannten Ziel- proteins beeinflussen5. Determine proteins that influence the modification of a known target protein

Die oben demonstrierten in vitro Testverfahren, aber im Prinzip auch Verfahren in vivo können zur systematischen Identifizierung von Proteinen benutzt werden, die die Modifizierung eines definierten Ubiquitin-verwandten Proteins mit einem de- finierten Zielprotein inhibieren oder aktivieren. Dazu gehören neben putativen E3- Ligasen und Isopeptidasen auch Kinasen, Phosphatasen und andere Bindungspartner.The above-demonstrated in vitro assays, but in principle also methods in vivo, can be used to systematically identify proteins that inhibit or activate the modification of a defined ubiquitin-related protein with a defined target protein. In addition to putative E3 ligases and isopeptidases, these include kinases, phosphatases and other binding partners.

In vitro- Verfahren: Dies kann zum Beispiel so erfolgen, daß alle für die in vitro- Modifizierung bereitzustellenden Bestandteile einschließlich des Akzeptormarkierten Ubiquitin-verwandten Proteins und des entsprechenden Donor- markiertem Zielproteins in Mikrotiterplatten vorgelegt werden, und unbekannte rekombinante Proteine, z.B. gewonnen aus Expressionsbanken in "High Throughput Screening"(HTS)-Verfahren (z.B. bei Verwendung von N-terminalen His-tags an den Fusionsproteinen), oder Zellextraktfraktionen bzw. gereinigte Proteine dazugegeben werden. Änderungen in der Reaktionskinetik deuten auf einen Einfluß des unbekannten Proteins auf die Modifizierung hin. In vtvo-Verfahren: Die Identifierung derartige Proteine in vivo kann beispielsweise darüber erfolgen, daß eine Zelllinie, die das Akzeptor-markierte Ubiquitin- verwandte Protein und das Donor-markierte Zielprotein simultan stabil oder tran- sient exprimiert, mit cDNAs transfiziert wird, die zur Expression unbekannter Proteine führen. Die Abnahme oder Verstärkung des (steady State) FRET-Signals deuten auf einen Einfluß des zu testenden Proteins auf die Modifizierung hin.In Vitro Procedure: This can be done, for example, by presenting all components to be provided for in vitro modification, including the acceptor-labeled ubiquitin-related protein and the corresponding donor-labeled target protein in microtiter plates, and unknown recombinant proteins, eg, from expression libraries in "High Throughput Screening" (HTS) methods (eg when using N-terminal His-tags on the fusion proteins), or added to cell extract fractions or purified proteins. Changes in the reaction kinetics indicate an influence of the unknown protein on the modification. In vtvo methods: For example, the identification of such proteins in vivo can be carried out by transfecting a cell line which expresses the acceptor-labeled ubiquitin-related protein and the donor-labeled target protein simultaneously or transiently with cDNAs which have been transfected Lead expression of unknown proteins. The decrease or enhancement of the (steady state) FRET signal indicates an influence of the protein to be tested on the modification.

6. Identifizierung von niedermolekularen Substanzen, die die Modifizierung eines bekannten Zielproteins beeinflussen6. Identification of low molecular weight substances that influence the modification of a known target protein

Die in Beispiel 5 beschriebenen in vivo- und in v/tro-Testverfahren können gleichermaßen zur systematischen Identifizierung von Substanzen benutzt werden, die die Modifizierung eines definierten Ubiquitin-verwandten Proteins mit einem definierten Zielprotein inhibieren oder aktivieren.The in vivo and in vitro test methods described in Example 5 can equally be used to systematically identify substances that inhibit or activate the modification of a defined ubiquitin-related protein with a defined target protein.

In vtϊro Verfahren: Dies kann beispielsweise derart erfolgen, daß alle für die in v tro-Modifizierang bereitzustellenden Bestandteile einschließlich des Akzeptormarkierten Ubiquitin-verwandten Proteins und des entsprechenden Donor- markierten Zielproteins in Mikrotiterplatten vorgelegt werden, und unbekannte Substanzen, z.B. aus einer sog. kombinatorischen "Small Molecule Library", im HTS-Verfahren für einen Effekt auf die Reaktionskinetik getestet werden.In vitro methods: this can be done, for example, by providing all components to be provided for in vitro modification, including the acceptor-labeled ubiquitin-related protein and the corresponding donor-labeled target protein in microtiter plates, and unknown substances, e.g. from a so-called combinatorial "Small Molecule Library", be tested in the HTS process for an effect on the reaction kinetics.

In v vo-Verfahren: Die Identifizierung derartiger Substanzen in vivo kann z.B. darüber erfolgen, daß eine Zelllinie, die das Akzeptor-markierte Ubiquitin- verwandte Protein und das Donor-markierte Zielprotein simultan stabil oder tran- sient exprimiert, mit diesen Substanzen inkubiert wird. Die Abnahme oder Verstärkung des FRET-Signals deutet auf einen Einfluß der zu testenden Substanz auf die Modifizierung hin. 7. Analyse und/oder Identifizierung von MutantenIn vivo methods: The identification of such substances in vivo can be carried out, for example, by incubating a cell line which expresses the acceptor-labeled ubiquitin-related protein and the donor-labeled target protein simultaneously or transiently with these substances. The decrease or enhancement of the FRET signal indicates an influence of the substance to be tested on the modification. 7. Analysis and / or identification of mutants

Die vorstehend beschriebenen in vivo- und in v/tro-Testverfahren können glei- chermaßen zur Analyse und/oder Identifizierung von Mutanten von bekannten Ubiquitin-verwandten Proteinen, bekannten Zielproteinen, und/oder den modifi- zierenden/demodifizierenden Enzymen verwendet werden.The in vivo and in vitro test methods described above may equally be used to analyze and / or identify mutants of known ubiquitin-related proteins, known target proteins, and / or the modifying / demodifying enzymes.

8. Verwendung der Testverfahren in der Diagnostik8. Use of the test procedures in diagnostics

Varianten der oben beschriebenen Testverfahren können in der Diagnostik verwendet werden. Dies ist z.B. dann wünschenswert, wenn Defekte in der Modifizierung eines bestimmten (Ziel-) Proteins zu bestimmten Krankheitsbildern beitragen bzw. mit bestimmten Krankheiten und/oder Störungen assoziiert sind. Bei- spielsweise kann die Fähigkeit verschiedener Zellextrakte (z.B. hergestellt aus Gewebe oder aus Zellkulturen) zur Modifizierung eines bestimmten Zielproteins quantitativ ermittelt werden, indem das entsprechende Paar von FRET-Donor- und FRET-Akzeptor-markierten Proteinen mit definierten Mengen eines zu testenden Extraktes inkubiert und das Auftreten des FRET-Signals zeitabhängig er- mittelt wird.Variants of the test methods described above can be used in diagnostics. This is e.g. desirable when defects in the modification of a particular (target) protein contribute to certain diseases or are associated with certain diseases and / or disorders. For example, the ability of various cell extracts (eg made from tissue or from cell cultures) to modify a particular target protein can be quantified by incubating the corresponding pair of FRET donor and FRET acceptor-labeled proteins with defined amounts of an extract to be tested and the occurrence of the FRET signal is determined time-dependently.

9. Identifizierung von Zielproteinen für die Modifizierung mit Ubiquitin- verwandten Proteinen9. Identification of Target Proteins for Modification with Ubiquitin-Related Proteins

Die hierin beschriebenen in vivo- und in v tro-Testverfahren können zur systematischen Identifizierung von neuen Zielproteinen für die Modifizierung von Ubiquitin-verwandten Proteinen verwendet werden, indem statt eines bekannten Ziel- protein zu testende unbekannte und/oder unidentifizierte Donor-Chromophor- markierte Proteine, z.B. aus einer Expressionsbank oder einer kombinatorischen Bank, in Kombination mit dem Akzeptor-CmOmophor-markierten Ubiquitin- verwandten Protein eingesetzt werden.The in vivo and in vitro assays described herein may be used to systematically identify novel target proteins for the modification of ubiquitin-related proteins by substituting a known unknown and / or unidentified donor chromophore-labeled proteins to be tested, for example from an expression library or a combinatorial bank, in combination with the acceptor CmOmophore-labeled ubiquitin-related protein.

Identifizierung mittels in v/tro-Verfahren: Dies kann z.B. erfolgen, daß alle für die in v tro-Modifizierung bereitzustellenden Bestandteile einschließlich eines YFP- markierten Ubiquitin-verwandten Proteins in Mikrotiterplatten vorgelegt werden, und unbekannte rekombinante CFP-Fusionsproteine dazugegeben werden. FRET- Signale sollten hier nur entstehen, wenn das unbekannte Protein kovalent mit dem YFF-markierten Ubiquitin-verwandten Protein verknüpft wird (hier entsteht FRET nur in Abhängigkeit von Energie- und Enzymzugabe) oder nicht kovalent (Energie- und Enzym unabhängig) mit ihm interagiert . Unbekannte rekombinante CFP-Fusionsproteine können beispielsweise aus Expressionsbanken in HTS- Verfahren gewonnen werden (z.B. bei Verwendung von N-terminalen His-tags an den Fusionsproteinen).Identification by means of in / tro methods: This may be e.g. all of the ingredients to be provided for in vitro modification, including a YFP-labeled ubiquitin-related protein in microtiter plates, and unknown recombinant CFP fusion proteins are added thereto. FRET signals should arise here only if the unknown protein is covalently linked to the YFF-labeled ubiquitin-related protein (in this case, FRET arises only as a function of energy and enzyme addition) or does not interact covalently with it (energy- and enzyme-independent) , For example, unknown recombinant CFP fusion proteins can be obtained from expression libraries in HTS procedures (e.g., using N-terminal His tags to the fusion proteins).

Identifizierung mittels in vtvo-Verfahren: Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, daß Zellen, die das YFP-Ubiquitin-verwandte Protein stabil oder transient exprimieren, mit cDNAs transfiziert werden, die zur Expression unbekannter Proteine in Fusion mit CFP führen. Die Analyse erfolgt dann z.B. in Mikroti- terplatten-Fluoreszenzmeßgeräten und/oder mit Fluoreszenzmikroskopen, die mit den entsprechenden FRET-Filtern ausgerüstet sind. Das Auftreten von FRET- Signalen deutet auf die Verknüpfung des unbekannten Proteins mit dem bekann- ten Ubiquitin-verwandten Protein hin. Dies kann zusätzlich durch entsprechende Kontrollen unabhängig verifiziert werden (z.B. Mobilitätsänderung im SDS-Gel und Verwendung von mutanten Proteinen, die nicht mehr verknüpft werden können). Für die in vtvo-Modifizierung kommen alle Zellen in Frage, die die für die Verknüpfung geeigneten Enzyme enthalten (endogen oder aufgrund von Manipu- lationen). Eine Ubiquitinierung oder eine Modifizierung mit SUMO und seinen Homologen kann daher beispielsweise sowohl in etablierten Kulturen von Säugerzellen auch auch in der Bäcker- oder Spalthefe untersucht werden.For example, this can be done by transfecting cells that stably or transiently express the YFP-ubiquitin-related protein with cDNAs that result in the expression of unknown proteins fused to CFP. The analysis then takes place, for example, in microtiter plate fluorescence measuring devices and / or with fluorescence microscopes which are equipped with the corresponding FRET filters. The appearance of FRET signals indicates the linkage of the unknown protein to the known ubiquitin-related protein. This can additionally be independently verified by appropriate controls (eg mobility change in the SDS gel and use of mutant proteins that can no longer be linked). For vtvo modification, all cells containing the enzymes suitable for the linkage can be considered (endogenous or due to manipulations). Ubiquitination or modification with SUMO and its Homologs can therefore be studied, for example, both in established cultures of mammalian cells and in the baker's or fission yeast.

Zitierte Dokumente: Ausubel, F.M., Brent, R., Kingston, R.E., Moore, D.D. Seidman, J.G., Smith, J.A. und Struhl, K. (vierteljährliche Aktualisierung) Current Protocols in Molecular Biology. Verlag John Wiley & Sons.Cited documents: Ausubel, F.M., Brent, R., Kingston, R.E., Moore, D.D. Seidman, J.G., Smith, J.A. and Struhl, K. (Quarterly Update) Current Protocols in Molecular Biology. Publisher John Wiley & Sons.

Boisclair, M.D., C. McClure, S. Josiah, S. Glass, S. Bottomley, S. Kamerkar, und I. Hemmila. 2000. Development of a ubiquitin transfer assay for high throughput screening by fluorescence resonance energy transfer. J Biomol Screen. 5:319-328.Boisclair, M.D., C. McClure, S. Josiah, S. Glass, S. Bottomley, S. Kamerkar, and I. Hemmila. 2000. Development of a ubiquitin transfer assay for high throughput screening by fluorescence resonance energy transfer. J Biomol Screen. 5: 319-328.

Büssow, K., Nordhoff, E., Lübbert, C, Lehrach, H., und G. Walter. 2000 . A Human cDNA Library for High-Throughput Protein Expression Screening. Geno- mics 65, 1-8.Büssow, K., Nordhoff, E., Lübbert, C, Lehrach, H., and G. Walter. 2000. A Human cDNA Library for High Throughput Protein Expression Screening. Genomics 65, 1-8.

Bonifacino, J.S., und A.M. Weissman. 1998. Ubiquitin and the control of protein fate in the secretory and endocytic pathways (Review). Annu Rev Cell Dev Biol. 14:19-57.Bonifacino, J.S., and A.M. Weissman. 1998. Ubiquitin and the control of protein fate in the secretory and endocytic pathways (Review). Annu Rev Cell Dev Biol. 14: 19-57.

Buschmann, T., S.Y. Fuchs, C.C. Lee, Z.Q. Pan, und Z. Ronai. 2000. SUMO-1 modification of Mdm2 prevents its self-ubiquitination and increases Mdm2 ability to ubiquitinate p53. Cell. 101:753-162.Bushman, T., S.Y. Fuchs, C.C. Lee, Z.Q. Pan, and Z. Ronai. 2000. SUMO-1 modification of Mdm2 prevents its self-ubiquitination and increases Mdm2 ability to ubiquitinate p53. Cell. 101: 753-162.

Coligan; J.E, Dünn, B.M., Ploegh, H.L., Speicher, D.W. und Wingfield, P.T. (vierteljährliche Aktualisierung) Current Protocols in Protein Science. Verlag John Wiley & Sons. Chung, C.H., und S.H. Baek. 1999. Deubiquitinating enzymes: their diversity and emerging roles. Biochem Biophys Res Commun. 266:633-640.Coligan; JE, Dünn, BM, Ploegh, HL, Speicher, DW and Wingfield, PT (Quarterly Update) Current Protocols in Protein Science. Publisher John Wiley & Sons. Chung, CH, and SH Baek. 1999. Deubiquitinating enzymes: their diversity and emerging roles. Biochem Biophys Res Commun. 266: 633-640.

Deng, L., C. Wang, E. Spencer, L. Yang, A. Braun, J. You, C. Slaughter, C. Pickart, und Z.J. Chen. 2000. Activation of the IkappaB kinase complex by TRAF6 requires a dimeric ubiquitin-conjugating enzyme complex and a unique polyubi- quitin chain . Cell. 103:351-361.Deng, L., C. Wang, E. Spencer, L. Yang, A. Braun, J. You, C. Slaughter, C. Pickart, and Z.J. Chen. 2000. Activation of the IkappaB kinase complex by TRAF6 requires a dimeric ubiquitin-conjugating enzyme complex and a unique polyubiquitin chain. Cell. 103: 351-361.

Hershko, A., und A. Ciechanover. 1998. The ubiquitin System (Review). Annu Rev Biochem. 67:425-479.Hershko, A., and A. Ciechanover. 1998. The ubiquitin system (review). Annu Rev Biochem. 67: 425-479.

Hochstrasser, M. 1998. There's the rab: a novel ubiquitin-like modification linked to cell cycle regulation. Genes Dev. 12:901-907.Hochstrasser, M. 1998. There's a Rabbit: a novel ubiquitin-like modification linked to cell cycle regulation. Genes Dev. 12: 901-907.

Jentsch, S., und G. Pyrowolakis. 2000. Ubiquitin and its kin: how close are the family ties ? Trends Cell Biol. 10:335-342.Jentsch, S., and G. Pyrowolakis. 2000. Ubiquitin and its kin: how close are the family ties? Trends Cell Biol. 10: 335-342.

Kaiser, P., K. Flick, C. Wittenberg, und S.I. Reed. 2000. Regulation of transcrip- tion by ubiquitination without proteolysis: Cdc34/SCF(Met30)-mediated inactiva- tion of the transcription factor Met4. Cell. 102:303-314.Kaiser, P., K. Flick, C. Wittenberg, and S.I. Reed. 2000. Regulation of transcription by ubiquitination without proteolysis: Cdc34 / SCF (Met30) mediated inactivation of the transcription factor Met4. Cell. 102: 303-314.

Li SJ und M. Hochstrasser. A new protease required for cell-cycle progression in yeast. Nature 1999, 398:246-51.Li SJ and M. Hochstrasser. A new protease required for cell-cycle progression in yeast. Nature 1999, 398: 246-51.

Mahajan, R., C. Delphin, T. Guan, L. Gerace, und F. Melchior. 1997. A small ubiquitin-related polypeptide involved in targeting RanGAPl to nuclear pore complex protein RanBP2. Cell 88:97-107. Mahajan, R., L. Gerace, und F. Melchior. 1998. Molecular characterization of the SUMO-1 modification of RanGAPl and its role in nuclear envelope association. J Cell Biol. 140:259-270.Mahajan, R., C. Delphin, T. Guan, L. Gerace, and F. Melchior. 1997. A small ubiquitin-related polypeptide involved in targeting RanGAP1 to nuclear pore complex protein RanBP2. Cell 88: 97-107. Mahajan, R., L. Gerace, and F. Melchior. 1998. Molecular characterization of the SUMO-1 modification of RanGAPl and its role in nuclear envelope association. J Cell Biol. 140: 259-270.

Matunis, M.J., E. Coutavas, und G. Blobel. 1996. A novel ubiquitin-like modifi- cation modulates the partitioning of the Ran-GTPase-activating protein RanGAPl between the cytosol and the nuclear pore complex. J Cell Biol. 135:1457-1470.Matunis, M.J., E. Coutavas, and G. Blobel. 1996. A novel ubiquitin-like modification modulates the partitioning of the Ran-GTPase-activating protein RanGAP1 between the cytosol and the nuclear pore complex. J Cell Biol. 135: 1457-1470.

Melchior, F. 2000. SUMO - nonclassical ubiquitin. Annu Rev Cell Genet Biol. 16:591-626.Melchior, F. 2000. SUMO - nonclassical ubiquitin. Annu Rev Cell Genet Biol. 16: 591-626.

Myers, R.A. (Hrsg.), Encyclopedia of Molecular Biology and Molecular Medi- eine, z.B. Band 4, 90-100, und Band 5, 516-524, VCH Verlag, 1997.Myers, R.A. (Ed.), Encyclopedia of Molecular Biology and Molecular Medicine, e.g. Volume 4, 90-100, and Volume 5, 516-524, VCH Verlag, 1997.

Pagano, M. 1997. Cell cycle regulation by the ubiquitin pathway (Review). Faseb J. 11:1067-1075.Pagano, M. 1997. Cell cycle regulation by the ubiquitin pathway (Review). Faseb J. 11: 1067-1075.

Periasamy, A., und R.N. Day. 1999. Visualizing protein interactions in living cells using digitized GFP imaging and FRET microscopy. Methods Cell Biol. 58:293- 314.Periasamy, A., and R.N. Day. 1999. Visualizing protein interactions in living cells using digitized GFP imaging and FRET microscopy. Methods Cell Biol. 58: 293-314.

Pollok, B.A., und R. Heim. 1999. Using GFP in FRET-based applications. Trends Cell Biol. 9:57-60.Pollok, B.A., and R. Heim. 1999. Using GFP in FRET-based applications. Trends Cell Biol. 9: 57-60.

Sambrook, J. und Russell, D. 2001. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 3. Auflage. Cold Spring Harbour Press.Sambrook, J. and Russell, D. 2001. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 3. Edition. Cold Spring Harbor Press.

Schwartz, A.L., und A. Ciechanover. 1999. The ubiquitin-proteasome pathway and pathogenesis of human diseases (Review). Annu Rev Med. 50:57-74. Sucker, H. et al. (Hrsg.) Pharmazeutische Technologie, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 2. Auflage, 1991.Schwartz, AL, and A. Ciechanover. 1999. The ubiquitin-proteasome pathway and pathogenesis of human diseases (Review). Annu Rev Med. 50: 57-74. Sucker, H. et al. (Ed.) Pharmazeutische Technologie, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 2nd edition, 1991.

Tsien, R.Y. 1998. The green fluorescent protein. Annu Rev Biochem. 67:509-544.Tsien, R.Y. 1998. The green fluorescent protein. Annu Rev Biochem. 67: 509-544.

Vu, P.K. und Sakamoto K.M. (2000) Ubiquitin-Mediated Proteolysis and Human Disease. Moecular Genetics and Metabolism 71 :261-266Vu, P.K. and Sakamoto K.M. (2000) Ubiquitin Mediated Proteolysis and Human Disease. Moecular Genetics and Metabolism 71: 261-266

Wilkinson, K.D. 1997. Regulation of ubiquitin-dependent processes by deubiquitinating enzymes (Review). Faseb J. 11:1245-1256.Wilkinson, K.D. 1997. Regulation of ubiquitin-dependent processes by deubiquitinating enzymes (Review). Faseb J. 11: 1245-1256.

Yeh, E.T., L. Gong, und T. Kamitani. 2000. Ubiquitin-like proteins: new wines in new bottles. Gene. 248:1-14.Yeh, E.T., L. Gong, and T. Kamitani. 2000. Ubiquitin-like proteins: new wines in new bottles. Genes. 248: 1-14.

US 5,726,025 (Kirschner M.W. et al.), veröffentlicht am 10.03.1998.US 5,726,025 (Kirschner M. W. et al.), Published on 10.03.1998.

US 5,981,200 (Tsien, R.Y. et al.), veröffentlicht am 09.11.1999.U.S. 5,981,200 (Tsien, R.Y. et al.), Published 09.11.1999.

US 5,998,204 (Tsien, R.Y. und Miyawaki, A.), veröffentlicht am 07.12.1999.US 5,998,204 (Tsien, R.Y. and Miyawaki, A.), published on 07.12.1999.

WO 00/43780 (Bastiaens, P.I.H. und Parker, P.J.J.), veröffentlicht am 27.07.2000. WO 00/43780 (Bastiaens, P.I.H. and Parker, P.J.J.), published 27.07.2000.

Claims

Patentansprüche claims 1. Verfahren zur Analyse von Modifizierungen von Proteinen mit Ubiquitin- verwandten Proteinen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:1. A method of analyzing modifications of proteins with ubiquitin-related proteins, the method comprising the steps of: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) mindestens ein Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, (ii) mindestens ein Ubiquitin-verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, (iii) Enzyme, die die Bildung einer Isopeptidbindung zwischen dem mindestens einem Zielprotein und dem mindestens einem Ubiquitin-verwandten Protein bewirken; (iv) ATP und/oder ein ATP-(a) providing a test system comprising (i) at least one target protein covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for fluorescence resonance energy transfer (FRET), (ii) at least one ubiquitin-related protein that binds with covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair; (iii) enzymes which cause the formation of an isopeptide bond between the at least one target protein and the at least one ubiquitin-related protein; (iv) ATP and / or an ATP Derivat, und in Kontakt bringen der Bestandteile (i) - (iv) unter Bedingungen, die den Ablauf der enzymatischen Reaktion erlauben; undDerivative, and contacting the components (i) - (iv) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) Bestimmen der Menge an gebildetem Konjugat aus Zielprotein und U- biquitin-verwandtem Protein durch Bestimmen von FRET zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-(b) determining the amount of target protein-U-biquitin-related protein conjugate formed by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor protein; Paares.Pair. 2. Verfahren zur Analyse von Demodifizierungen von Proteinen, die mit U- biquitin-verwandten Proteinen verknüpft sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:2. A method of analyzing demodifications of proteins linked to U-biquitin-related proteins, the method comprising the steps of: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) ein Isopeptidase- Substrat, das' ein Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Fluoescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und mindestens ein Ubiquitin- verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-(a) providing a test system comprising (i) an isopeptidase substrate which is a target protein covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET (Fluoescence Resonance Energy Transfer), and at least one ubiquitin-related one Protein bound to a second chromophore of the donor Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, umfaßt; wobei diese durch ei- ne Isopeptidbindung zwischen der ε-Aminogruppe eines Lysins des Zielproteins und der C-terminalen Carboxygruppe des mindestens einen Ubiquitin-verwandten Proteins miteinander verknüpft sind; und (ii) mindestens ein Enzym, das die Spaltung der Isopeptidbindung des Isopeptidase-Substrats bewirkt; und Inkontaktbringen der BestandteileAcceptor pair is covalently linked; these are characterized by an isopeptide bond is linked between the ε-amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group of the at least one ubiquitin-related protein; and (ii) at least one enzyme which effects cleavage of the isopeptide bond of the isopeptidase substrate; and contacting the ingredients (i) und (ii) unter Bedingungen, die den Ablauf der enzymatischen Reaktion erlauben; und (b) Bestimmen der Menge an gespaltenem Isopeptidase-Substrat durch Bestimmen von FRET zwischen dem erstem und dem zweiten Chro- mophor des Donor-Akzeptor-Paares.(i) and (ii) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) determining the amount of cleaved isopeptidase substrate by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Chromophor ein erstes fluoreszierendes Protein und das zweite Chromophor ein zweites fluoreszierendes Protein ist, insbesondere wobei das erste Chromophor der FRET-Donor CFP (Cyan Fluorescent Protein) und das zweite Chromophor der FRET-Akzeptor YFP (Yellow Fluorescent Protein) ist.The method of claim 1 or 2, wherein the first chromophore is a first fluorescent protein and the second chromophore is a second fluorescent protein, in particular wherein the first chromophore is the FRET donor CFP (cyan fluorescent protein) and the second chromophore is the FRET acceptor YFP (Yellow Fluorescent Protein) is. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei das Zielprotein und/oder das Ubiquitin-verwandte Protein in Form eines Fusionsproteins mit einem fluoreszierenden Protein verwendet werden.4. The method according to any one of claims 1-3, wherein the target protein and / or the ubiquitin-related protein are used in the form of a fusion protein with a fluorescent protein. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Anspräche, wobei das mindestens eine Zielprotein RanGAPl und das mindestens eine Ubiquitin- verwandte Protein SUMO (Small Ubiquitin-related Modifier) ist, insbe- sondere SUMO 1 , SUMO2 und/oder SUMO3.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one target protein RanGAPl and the at least one ubiquitin-related protein is SUMO (small ubiquitin-related modifier), in particular SUMO 1, SUMO2 and / or SUMO3. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei RanGAPl und CFP in Form eines Fusionsproteins verwendet werden, insbesondere wobei die C-terminale Domäne von RanGAPl mit dem N- oder C- terminalen Ende von CFP fusioniert ist. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein RanGAPl and CFP are used in the form of a fusion protein, in particular wherein the C-terminal domain of RanGAPl is fused to the N- or C-terminal end of CFP. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Anspräche, wobei SUMO und YFP in Form eines Fusionsproteins verwendet werden, insbesondere wobei die Aminosäuren 1-91 von SUMOl, die Aminosäuren 1-92 von SU- MO2 oder die Aminosäuren 1-93 von SUMO3 mit dem C-terminalen Ende von YFP fusioniert sind.7. Method according to one of the preceding claims, wherein SUMO and YFP are used in the form of a fusion protein, in particular wherein the amino acids 1-91 of SUMO1, the amino acids 1-92 of SU-MO2 or the amino acids 1-93 of SUMO3 with the C terminal end of YFP are fused. 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zielprotein, das Ubiquitin-verwandte Protein und/oder die Enzyme in Form eines gereinigten Proteins und/oder eines Zellextrakts, insbesondere eines Ex- trakts aus Säuger-, Insekten-, Hefe- und/oder Bakterien-Zellen, verwendet werden.8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the target protein, the ubiquitin-related protein and / or the enzymes in the form of a purified protein and / or a cell extract, in particular an extract from mammalian, insect, yeast and / or or bacteria cells. 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Anspräche, wobei ein Derivat des Zielproteins, des Ubiquitin-verwandten Proteins und/oder der Enzyme verwendet wird.9. Method according to one of the preceding claims, wherein a derivative of the target protein, the ubiquitin-related protein and / or the enzymes is used. 10. Verfahren nach einem der Anspräche 1, 3 - 9, wobei die Enzyme gemäß Schritt (a)(iii) von Anspruch 1 die El- und E2-Enzyme sind, wahlweise in Kombination mit mindestens einem E3 -Enzym, insbesondere wobei das El -Enzym das Aos 1 /Uba2 -Heterodimer und das E2-Enzym Ubc9 ist.10. The method according to any one of Ansprächen 1, 3-9, wherein the enzymes according to step (a) (iii) of claim 1 are the El and E2 enzymes, optionally in combination with at least one E3 enzyme, in particular wherein the El Enzyme is the Aos 1 / Uba2 heterodimer and the E2 enzyme Ubc9. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 9, wobei das mindestens eine Enzym gemäß Schritt (a) von Ansprach 2 eine Isopeptidase ist (was ist mit C-terminalen Hydrolasen), insbesondere Ulpl, Ulp2, SUSP1 und/oder Senpl.11. The method according to any one of claims 2-9, wherein the at least one enzyme according to step (a) of spoke 2 is an isopeptidase (which is with C-terminal hydrolases), in particular Ulpl, Ulp2, SUSP1 and / or Senpl. 12. Verfahren zum Bestimmen von Stoffen, die die Modifizierung eines Zielproteins mit Ubiquitin-verwandten Proteinen beinflussen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) mindestens ein Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, (ii) mindestens ein Ubiquitin-verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, (iii) Enzyme, die die Bildung einer Isopeptidbindung zwi- sehen dem mindestens einem Zielprotein und dem mindestens einem12. A method for determining substances that affect the modification of a target protein with ubiquitin-related proteins, said method comprising the steps of: (a) providing a test system comprising (i) at least one target protein conjugated to a first chromophore of a donor acceptor pair covalently linked to FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer), (ii) at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair, (iii) enzymes that see the formation of an isopeptide bond the at least one target protein and the at least one Ubiquitin-verwandten Protein bewirken, (iv) ATP und/oder ein ATP- Derivat, und (v) mindestens einen zu testenden Stoff; und in Kontakt bringen der Bestandteile (i) - (v) unter Bedingungen, die den Ablauf der enzymatischen Reaktion erlauben; und (b) Nachweisen der Bildung von Konjugat aus Zielprotein und Ubiquitin- verwandtem Protein und/oder Bestimmen der Menge an gebildetem Konjugat durch Bestimmen von FRET zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares.Cause ubiquitin-related protein, (iv) ATP and / or an ATP derivative, and (v) at least one substance to be tested; and contacting components (i) - (v) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) detecting the formation of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein and / or determining the amount of conjugate formed by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair. 13. Verfahren nach Ansprach 12, wobei die Enzyme gemäß Schritt (a)(iii) von die El- und E2-Enzyme sind, wahlweise in Kombination mit mindestens einem E3 -Enzym, insbesondere wobei das El -Enzym das Aosl/Uba2- Heterodimer und das E2-Enzym Ubc9 ist.13. The method of claim 12, wherein the enzymes of step (a) (iii) are of the E1 and E2 enzymes, optionally in combination with at least one E3 enzyme, in particular wherein the E1 enzyme is the Aos1 / Uba2 heterodimer and the E2 enzyme is Ubc9. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der mindestens eine zu testende Stoff ein Protein, insbesondere eine E3-Ligase, Isopeptidase, Kinase oder Phosphatase, oder Derivat hiervon ist oder eine niedermolekulare Substanz, insbesondere ein Inhibitor oder Aktivator.14. The method according to claim 12 or 13, wherein the at least one substance to be tested is a protein, in particular an E3 ligase, isopeptidase, kinase or phosphatase, or derivative thereof or a low molecular weight substance, in particular an inhibitor or activator. 15. Verfahren zum Bestimmen von Stoffen, die die Demodifizierung eines Proteins, das mit mindestens einem Ubiquitin-verwandten Protein verknüpft ist, beeinflussen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) ein Isopeptidase- Substrat, das ein Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines15. A method of determining substances that affect the demodification of a protein linked to at least one ubiquitin-related protein, the method comprising the steps of: (a) providing a test system comprising (i) an isopeptidase substrate , which is a target protein that interacts with a first chromophore Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und mindestens ein Ubiquitin- verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor- Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, umfaßt; wobei diese durch eine Isopeptidbindung zwischen der ε-Aminogruppe eines Lysins des Zielproteins und der C-terminalen Carboxygruppe des mindestens einen Ubiquitin-verwandten Proteins miteinander verknüpft sind; (ii) mindestens ein Enzym, das die Spaltung der Isopeptidbindung des Iso- peptid-Substrats bewirkt; und (iii) mindestens einen zu testenden Stoff; und in Kontakt bringen der Bestandteile (i) - (iii) unter Bedingungen, die den Ablauf der enzymatischen Reaktion erlauben; undDonor-acceptor pair for FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer), and at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair; these being linked together by an isopeptide bond between the ε-amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group of the at least one ubiquitin-related protein; (ii) at least one enzyme which effects the cleavage of the isopeptide bond of the iso-peptide substrate; and (iii) at least one substance to be tested; and contacting components (i) - (iii) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) Bestimmen der Menge an gespaltenem Isopeptidase-Substrat durch Bestimmen von FRET zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares.(b) determining the amount of cleaved isopeptidase substrate by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair. 16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das mindestens eine Enzym gemäß Schritt (a) eine Isopeptidase ist, inbesondere Ulpl, Ulp2, SUSP1 und/oder Senpl.16. The method of claim 15, wherein the at least one enzyme according to step (a) is an isopeptidase, in particular Ulpl, Ulp2, SUSP1 and / or Senpl. 17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der mindestens eine zu tes- tende Stoff ein Protein, insbesondere ein Bindungspartner für das Zielprotein, eine Kinase oder Phosphatase, oder Derivat hiervon ist oder eine niedermolekulare Substanz, insbesondere ein Inhibitor oder Aktivator.17. Method according to claim 15, wherein the at least one substance to be tested is a protein, in particular a binding partner for the target protein, a kinase or phosphatase, or a derivative thereof, or a low-molecular substance, in particular an inhibitor or activator. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 17, wobei das Protein oder De- rivat hiervon und/oder die niedermolekulare Substanz aus einer Expressionsbank oder einer kombinatorischen Bank, insbesondere einer kombinatorischen Peptid-, non-Peptid- oder small Molecule-Bank, oder aus einem Zellextrakt stammt und/oder in gereinigter Form vorliegt.18. The method according to any one of claims 12-17, wherein the protein or derivative thereof and / or the low molecular weight substance from an expression library or a combinatorial bank, in particular a combinatorial peptide, non-peptide or small molecule bank, or comes from a cell extract and / or is present in purified form. 19. Verfahren nach einem der Anspräche 12 - 18, wobei das erste Chromophor ein erstes fluoreszierendes Protein und das zweite Chromophor ein zweites fluoreszierendes Protein ist, insbesondere wobei das erste Chromophor der FRET-Donor CFP (Cyan Fluorescent Protein) und das zweite Chromophor der FRET-Akzeptor YFP (Yellow Fluorescent Protein) ist.19. A method according to any of claims 12-18, wherein the first chromophore is a first fluorescent protein and the second chromophore is a second fluorescent protein fluorescent protein, in particular wherein the first chromophore is the FRET donor CFP (cyan fluorescent protein) and the second chromophore is the FRET acceptor YFP (yellow fluorescent protein). 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 19, wobei das Zielprotein und oder das Ubiquitin-verwandte Protein in Form eines Fusionsproteins mit einem fluoreszierenden Protein verwendet werden.20. The method according to any one of claims 12-19, wherein the target protein and or the ubiquitin-related protein are used in the form of a fusion protein with a fluorescent protein. 21. Verfahren nach einem der Anspräche 12 - 20, wobei das mindestens eine Zielprotein RanGAPl und das mindestens eine Ubiquitin-verwandte Protein SUMO (Small Ubiquitin-related Modifier) ist, insbesondere SUMOl, SUMO2 und/oder SUMO3.21. The method according to any one of claims 12-20, wherein the at least one target protein is RanGAP1 and the at least one ubiquitin-related protein is SUMO (small ubiquitin-related modifier), in particular SUMO1, SUMO2 and / or SUMO3. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 21, wobei RanGAPl und CFP in Form eines Fusionsproteins verwendet werden, insbesondere wobei die22. The method according to any one of claims 12 - 21, wherein RanGAPl and CFP are used in the form of a fusion protein, in particular wherein the C-terminale Domäne von RanGAPl mit dem N- oder C-terminalen Ende von CFP fusioniert ist.C-terminal domain of RanGAPl is fused to the N- or C-terminal end of CFP. 23. Verfahren nach einem der Anspräche 12 - 22, wobei SUMO und YFP in Form eines Fusionsproteins verwendet werden, insbesondere wobei die23. The method according to any one of claims 12-22, wherein SUMO and YFP are used in the form of a fusion protein, in particular wherein the Aminosäuren 1-91 von SUMOl, die Aminosäuren 1-92 von SUMO2 oder die Aminosäuren 1-93 von SUMO3 mit dem C-terminalen Ende von YFP fusioniert sind.Amino acids 1-91 of SUMO1, amino acids 1-92 of SUMO2 or amino acids 1-93 of SUMO3 are fused to the C-terminal end of YFP. 24. Verfahren nach einem der Anspräche 12 - 23, wobei das Zielprotein, das Ubiquitin-verwandte Protein und/oder die Enzyme in Form eines gereinigten Proteins oder eines Zellextrakts, insbesondere eines Extrakts aus Säuger-, Insekten-, Hefe- und/oder Bakterien-Zellen, verwendet werden.24. The method according to any one of claims 12 - 23, wherein the target protein, the ubiquitin-related protein and / or the enzymes in the form of a purified protein or a cell extract, in particular an extract of mammalian, insect, yeast and / or bacteria Cells, are used. 25. Verfahren nach einem der Anspräche 12 - 24, wobei der zu testende Stoff in einem weiteren Schritt durch geeignete Verfahren, insbesondere mole- kularbiologische, biochemische und/oder biophysikalische Verfahren, i- dentifiziert wird.25. The method according to any one of claims 12 - 24, wherein the substance to be tested in a further step by suitable methods, in particular molecular kularbiologische, biochemical and / or biophysical method, is identified. 26. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 25, wobei ein Derivat des Ziel- proteins, des Ubiquitin-verwandten Proteins und/oder der Enzyme verwendet wird.26. The method according to any one of claims 12-25, wherein a derivative of the target protein, the ubiquitin-related protein and / or the enzymes is used. 27. Verfahren nach einem der Anspräche 12 - 14, und 18 - 26, wobei das in Kontakt bringen der Bestandteile (i) - (iv) in einer Zelle außerhalb des menschlichen oder tierischen Körpers bewirkt wird, insbesondere in einer27. The method according to any one of claims 12-14, and 18-26, wherein the bringing into contact of the components (i) - (iv) is effected in a cell outside the human or animal body, in particular in one Säuger- oder Hefezelle; insbesondere wobei das Fusionsprotein aus Zielprotein und dem ersten fluoreszierenden Protein und/oder das Fusionsprotein aus dem Ubiquitin-verwandtem Protein und dem zweiten fluoreszierendem Protein in der Zelle exprimiert wird.Mammalian or yeast cell; in particular, wherein the fusion protein of the target protein and the first fluorescent protein and / or the fusion protein of the ubiquitin-related protein and the second fluorescent protein are expressed in the cell. 28. Verfahren nach Ansprach 27, wobei der mindestens eine zu testende Stoff in der Zelle exprimiert wird, vorzugsweise indem die Zelle mit einer für diesen Stoff kodierenden cDNA transfiziert wird, und/oder wobei die Zelle mit dem mindestens einem zu testenden Stoff inkubiert wird.28. The method according to claim 27, wherein the at least one substance to be tested is expressed in the cell, preferably by transfecting the cell with a cDNA coding for this substance, and / or wherein the cell is incubated with the at least one substance to be tested. 29. Verfahren zum Nachweis eines Defekts in der Modifizierung von Proteinen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:29. A method of detecting a defect in the modification of proteins with ubiquitin-related proteins, the method comprising the steps of: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) mindestens ein Zielpro- tein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und (ii) mindestens ein Ubiquitin-verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist; (iii) mindestens einen zu testenden Zellextrakt; und in Kontakt bringen der Bestandteile (i) - (iii) unter Bedingungen, die die Bildung von Konjugat aus Zielprotein und Ubiquitin-verwandtem Protein erlauben; und (b) Bestimmen der Menge an gebildetem Konjugat durch Bestimmen von FRET zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor- Akzeptor-Paares.(a) providing a test system comprising (i) at least one target protein covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for fluorescence resonance energy transfer (FRET), and (ii) at least one ubiquitin-related protein which is covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair; (iii) at least one cell extract to be tested; and contacting the components (i) - (iii) under conditions that the Allow formation of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein; and (b) determining the amount of conjugate formed by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair. 30. Verfahren zum Nachweis eines Defekts in der Demodifizierung von Proteinen, die mit Ubiquitin-verwandten Proteinen verknüpft sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) ein Isopeptidase-30. A method for detecting a defect in the demodification of proteins associated with ubiquitin-related proteins, said method comprising the steps of: (a) providing a test system comprising (i) an isopeptidase Substrat, das ein Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und mindestens ein Ubiquitin- verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor- Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, umfaßt; wobei diese durch eine Isopeptidbindung zwischen der ε-Aminogruppe eines Lysins des Zielproteins und der C-terminalen Carboxygruppe des mindestens einen Ubiquitin-verwandten Proteins miteinander verknüpft sind; und (ii) mindestens einen zu testenden Zellextrakt; und in Kontakt bringen der Bestandteile (i) - (ii) unter Bedingungen, die die Spaltung vonA substrate comprising a target protein covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for fluorescence resonance energy transfer (FRET) and at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair is, includes; these being linked together by an isopeptide bond between the ε-amino group of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group of the at least one ubiquitin-related protein; and (ii) at least one cell extract to be tested; and contacting the components (i) - (ii) under conditions which cause the cleavage of Konjugat aus Zielprotein und Ubiquitin-verwandtem Protein erlauben; undAllow conjugate of target protein and ubiquitin-related protein; and (b) Bestimmen der Menge an gespaltenem Konjugat durch Bestimmen von FRET zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares.(b) determining the amount of cleaved conjugate by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair. 31. Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, wobei der Zellextrakt aus Zellen von Gewebe eines zu untersuchenden Individuums und/oder aus Zellen aus Zellkultur stammt. 31. The method according to claim 29 or 30, wherein the cell extract is derived from cells of tissue of an individual to be examined and / or cells from cell culture. 32. Verfahren zur Identifizierung von Zielproteinen für die Modifizierung mit Ubiquitin-verwandten Proteinen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:32. A method of identifying target proteins for modification with ubiquitin-related proteins, the method comprising the steps of: (a) Bereitstellen eines Testsystems, umfassend (i) mindestens ein zu tes- tendes Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-(a) providing a test system comprising (i) at least one target protein to be tested which is coupled to a first chromophore of a donor Akzeptor-Paares für FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, (ii) mindestens ein Ubiquitin-verwandtes Protein, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, (iii) Enzyme, die die Bildung einer Isopeptid- bindung zwischen dem mindestens einem Zielprotein und dem mindestens einem Ubiquitin-verwandten Protein bewirken; (iv) ATP und/oder ein ATP-Derivat; und in Kontakt bringen der Bestandteile (i) - (iv) unter Bedingungen, die den Ablauf der enzymatischen Reaktion erlauben; und (b) Nachweisen der Bildung von Konjugat aus Zielprotein und Ubiquitin- verwandtem Protein und/oder Bestimmen der Menge an gebildetem Konjugat durch Bestimmen von FRET zwischen dem erstem und dem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares.(Ii) at least one ubiquitin-related protein covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair, (iii) enzymes that promote the formation of an isopeptide - effect binding between the at least one target protein and the at least one ubiquitin-related protein; (iv) ATP and / or an ATP derivative; and contacting the components (i) - (iv) under conditions which allow the enzymatic reaction to proceed; and (b) detecting the formation of conjugate of target protein and ubiquitin-related protein and / or determining the amount of conjugate formed by determining FRET between the first and second chromophore of the donor-acceptor pair. 33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das in Kontakt bringen der Bestandteile (i) - (iv) in einer Zelle außerhalb des menschlichen oder tierischen Körpers bewirkt wird, insbesondere in einer Säuger- oder Hefezelle.A method according to claim 32, wherein the contacting of components (i) - (iv) is effected in a cell external to the human or animal body, especially in a mammalian or yeast cell. 34. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, wobei das mindestens eine zu tes- tende Zielprotein in Form eines Fusionsproteins mit einem erstem fluoreszierenden Protein, vorzugsweise als Fusionsprotein mit dem FRET-Donor CFP, verwendet wird.34. The method according to claim 32 or 33, wherein the at least one target protein to be tested in the form of a fusion protein with a first fluorescent protein, preferably as a fusion protein with the FRET donor CFP, is used. 35. Verfahren nach Ansprach 34, wobei das mindestens eine Fusionsprotein aus einer Expressionsbank stammt, insbesondere wobei eine für das Fusi- onsprotein kodierende cDNA in eine Zelle eingebracht und darin exprimiert wird.35. The method according to claim 34, wherein the at least one fusion protein originates from an expression bank, in particular wherein one for the fusion Onsprotein coding cDNA is introduced into a cell and expressed therein. 36. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 - 35, wobei das zweite Chro- mophor ein zweites fluoreszierendes Protein, vorzugsweise der FRET-36. The method according to any one of claims 32-35, wherein the second chromophore a second fluorescent protein, preferably the FRET Akzeptor YFP ist; insbesondere wobei das mindestens eine Ubiquitin- verwandte Protein in Form eines Fusionsproteins mit dem zweiten fluoreszierenden Protein in einer Zelle exprimiert wird.Acceptor YFP is; in particular wherein the at least one ubiquitin-related protein is expressed in the form of a fusion protein with the second fluorescent protein in a cell. 37. Verfahren nach einem der Anspräche 32 - 36, wobei das mindestens eine Ubiquitin-verwandte Protein SUMO (Small Ubiquitin-related Modifier) ist, insbesondere SUMOl, SUMO2 und/oder SUMO3.37. The method according to any one of claims 32-36, wherein the at least one ubiquitin-related protein is SUMO (small ubiquitin-related modifier), in particular SUMOl, SUMO2 and / or SUMO3. 38. Verfahren nach Ansprache 37, wobei ein Fusionsprotein umfassend SU- MO und YFP verwendet wird, insbesondere wobei die Aminosäuren 1-91 von SUMOl, die Aminosäuren 1-92 von SUMO2 oder die Aminosäuren 1-93 von SUMO3 mit dem C-terminalen Ende von YFP fusioniert sind.38. The method of claim 37, wherein a fusion protein comprising SUMO and YFP is used, in particular wherein amino acids 1-91 of SUMO1, amino acids 1-92 of SUMO2 or amino acids 1-93 of SUMO3 with the C-terminal end are fused by YFP. 39. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 - 38, wobei die Enzyme gemäß Schritt (a)(iii) von Anspruch 24 die El- und E2-Enzyme, wahlweise in39. The method according to any one of claims 32-38, wherein the enzymes according to step (a) (iii) of claim 24, the El and E2 enzymes, optionally in Kombination mit mindestens einem E3 -Enzym, sind, insbesondere wobei das El -Enzym das Aosl Uba2-Heterodimer und das E2-Enzym Ubc9 ist.In particular wherein the El enzyme is the Aosl Uba2 heterodimer and the E2 enzyme Ubc9. 40. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 - 39, wobei das Zielprotein, das Ubiquitin-verwandte Protein und/oder die Enzyme in Form eines gereinigten Proteins oder eines Zellextrakts, insbesondere eines Extrakts aus Säuger-, Insekten-, Hefe- und/oder Bakterien-Zellen, verwendet werden.40. The method according to any one of claims 32-39, wherein the target protein, the ubiquitin-related protein and / or the enzymes in the form of a purified protein or a cell extract, in particular an extract of mammalian, insect, yeast and / or bacteria Cells, are used. 41. Verfahren nach einem der Ansprüche 32 - 40, wobei es sich bei dem min- destens einen zu testenden Zielprotein um eine Derivat eines bekannten Zielproteins handelt, und/oder wobei ein Derivat des Ubiquitin- verwandten Proteins und/oder der Enzyme verwendet wird.41. The method according to any of claims 32-40, wherein the at least one target protein to be tested is a derivative of a known Target protein, and / or wherein a derivative of the ubiquitin-related protein and / or the enzymes is used. 42. Verfahren nach einem der Anspräche 32 - 41, wobei das Zielprotein in einem weiteren Schritt durch geeignete Verfahren, insbesondere molekularbiologische, biochemische und/oder biophysikalische Verfahren, identifiziert wird.42. The method according to any one of claims 32-41, wherein the target protein is identified in a further step by suitable methods, in particular molecular biological, biochemical and / or biophysical methods. 43. Kit zum Nachweis von Modifizierungen von Proteinen mit Ubiquitin- verwandten Proteinen, umfassend:43. Kit for detecting modifications of proteins with ubiquitin-related proteins, comprising: (i) mindestens ein Zielprotem und/oder Derivat hiervon, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und/oder eine hierfür kodierende Nukleinsäure; und (ii) mindestens ein Ubiquitin-verwandtes Protein und/oder Derivat hiervon, das mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor- Paares kovalent verknüpft ist, und/oder eine hierfür kodierende Nukleinsäure; sowie wahlweise(i) at least one target protein and / or derivative thereof covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for fluorescence resonance energy transfer (FRET), and / or a nucleic acid encoding the same; and (ii) at least one ubiquitin-related protein and / or derivative thereof covalently linked to a second chromophore of the donor-acceptor pair, and / or a nucleic acid encoding the same; as well as optional (iii) Enzyme, die die Bildung einer Isopeptidbindung zwischen dem mindestens einem Zielprotein und dem mindestens einem Ubiquitin-verwandten Protein bewirken; und/oder mindestens eine hierfür kodierende Nukleinsäure; und/oder(iii) enzymes which cause the formation of an isopeptide bond between the at least one target protein and the at least one ubiquitin-related protein; and / or at least one nucleic acid coding for this purpose; and or (iv) ATP und/oder einem ATP-Derivat.(iv) ATP and / or an ATP derivative. 44. Fusionsprotein, das SUMO und ein fluoreszierendes Protein, vorzugsweise YFP, umfaßt, insbesondere wobei die Aminosäuren 1-91 von SUMOl, die Aminosäuren 1-92 von SUMO2 oder die Aminosäuren 1-93 von SUMO3 mit dem C-terminalen Ende von YFP fusioniert sind; oder eine hierfür kodierende Nukleinsäure. 44. A fusion protein comprising SUMO and a fluorescent protein, preferably YFP, in particular wherein amino acids 1-91 of SUMO1, amino acids 1-92 of SUMO2 or amino acids 1-93 of SUMO3 are fused to the C-terminal end of YFP are; or a nucleic acid encoding it. 45. Fusionsprotein, das RanGAPl und ein fluoreszierendes Protein, vorzugsweise CFP, umfaßt, insbesondere wobei die C-terminale Domäne von RanGAPl mit dem N- oder C-terminalen Ende von CFP fusioniert sind; oder eine hierfür kodierende Nukleinsäure.45. A fusion protein comprising RanGAP1 and a fluorescent protein, preferably CFP, in particular wherein the C-terminal domain of RanGAP1 is fused to the N- or C-terminal end of CFP; or a nucleic acid encoding it. 46. Zelle, insbesondere eine Säugerzelle außerhalb des menschlichen oder tierischen Körpers oder eine Hefezelle, die ein Fusionsprotein gemäß Anspruch 44 und/oder 45 exprimiert.46. Cell, in particular a mammalian cell outside the human or animal body or a yeast cell expressing a fusion protein according to claim 44 and / or 45. 47. Isopeptidase-Substrat, umfassend ein Zielprotein, das mit einem ersten Chromophor eines Donor-Akzeptor-Paares für FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) kovalent verknüpft ist, und ein Ubiquitin- verwandtes Protein, das das Zielprotein modifiziert und mit einem zweiten Chromophor des Donor-Akzeptor-Paares kovalent verknüpft ist, wobei das Zielprotein und das Ubiquitin-verwandte Protein über mindestens eine I- sopeptidbindung verknüpft sind.47. An isopeptidase substrate comprising a target protein covalently linked to a first chromophore of a donor-acceptor pair for FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer), and a ubiquitin-related protein that modifies the target protein and a second chromophore of the protein Donor-acceptor pair is covalently linked, wherein the target protein and the ubiquitin-related protein are linked via at least one isopeptide bond. 48. Isopeptidase-Substrat nach Ansprach 47, wobei die mindestens eine Isopeptidbindung zwischen mindestens einer ε-Aminograppe eines Lysins des Zielproteins und der C-terminalen Carboxygruppe des Ubiquitin- verwandten Proteins besteht, inbesondere wobei das Isopeptidase-Substrat ein Derivat des Zielproteins und/oder des Ubiquitin-verwandten Proteins umfaßt.48. Isopeptidase substrate according to spoke 47, wherein the at least one isopeptide bond between at least one ε-Aminograppe of a lysine of the target protein and the C-terminal carboxy group of the ubiquitin-related protein, in particular wherein the isopeptidase substrate is a derivative of the target protein and / or of the ubiquitin-related protein. 49. Isopeptidase-Substrat nach Anspruch 47 oder 48, wobei das Ubiquitin- verwandte Protein SUMO ist, insbesondere SUMOl, SUMO2 oder SU- MO3.49. Isopeptidase substrate according to claim 47 or 48, wherein the ubiquitin-related protein is SUMO, in particular SUMOl, SUMO2 or SU-MO3. 50. Isopeptidase-Substrat nach Ansprach 49, wobei das Zielprotein für SUMO RanGAPl, RanBP2, PML, SplOO, IκBα, D. melanogaster Dorsal, p53, c-50. isopeptidase substrate according spoke 49, wherein the target protein of SUMO RanGAPl, RanBP2, PML, SplOO, I κ B α, D. melanogaster Dorsal, p53, c- Jun, HIPK2, S. cerevisiae Cdc3, S. cerevisiae Cdcll, S. cerevisiae Sep7/Shsl, hCMV El, hCMV IE2, D. melanogaster Tramtrack, Topoisomerase I, Glutl, Glut4 oder Mdm2 ist.Jun, HIPK2, S. cerevisiae Cdc3, S. cerevisiae Cdcll, S. cerevisiae Sep7 / Shsl, hCMV El, hCMV IE2, D. melanogaster Tramtrack, topoisomerase I, Glutl, Glut4 or Mdm2. 51. Isopeptidase-Substrat nach einem der Ansprüche 47- 50, wobei das erste Chromophor ein erstes fluoreszierendes Protein und das zweite Chromophor ein zweites fluoreszierendes Protein ist, insbesondere wobei das erste Chromophor der FRET-Donor CFP (Cyan Fluorescent Protein) und das zweite Chromophor der FRET-Akzeptor YFP (Yellow Fluorescent Protein) ist; insbesondere wobei das Zielprotein und/oder das Ubiquitin- verwandte Protein in Form eines Fusionsproteins mit einem fluoreszierenden Protein, besonders bevorzugt in Form von CFP-RanGAP 1 und/oder YFP-SUMO, verwendet werden.The isopeptidase substrate of any of claims 47-50, wherein the first chromophore is a first fluorescent protein and the second chromophore is a second fluorescent protein, in particular wherein the first chromophore is the FRET donor CFP (cyan fluorescent protein) and the second chromophore the FRET acceptor is YFP (Yellow Fluorescent Protein); in particular wherein the target protein and / or the ubiquitin-related protein are used in the form of a fusion protein with a fluorescent protein, more preferably in the form of CFP-RanGAP 1 and / or YFP-SUMO. 52. Verwendung eines Kits gemäß Ansprach 43, eines Fusionsproteins gemäß Anspruch 44 und/oder 45, und/oder einer Zelle gemäß Anspruch 46 zur A- nalyse von Modifizierungen von Proteinen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen, zum Bestimmen von Stoffen, die Modifizierung eines Zielproteins mit Ubiquitin-verwandten Proteinen beeinflussen, zur Identifizierung von Zielproteinen für die Modifizierung mit Ubiquitin-verwandten Protei- nen und/oder zur Diagnose, insbesondere zum Nachweis eines Defekts in der Modifizierung von Proteinen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen.52. Use of a kit according to claim 43, a fusion protein according to claim 44 and / or 45, and / or a cell according to claim 46 for analysis of modifications of proteins with ubiquitin-related proteins, for the determination of substances, the modification of a target protein with ubiquitin-related proteins, for identifying target proteins for modification with ubiquitin-related proteins and / or for diagnosis, in particular for detecting a defect in the modification of proteins with ubiquitin-related proteins. 53. Verwendung eines Isopeptidase-Substrats nach einem der Anspräche 47 - 51 zur Analyse von Demodifizierungen von Proteinen mit Ubiquitin- verwandten Proteinen, zum Bestimmen von Stoffen, die Demodifizierung eines Zielproteins mit Ubiquitin-verwandten Proteinen beeinflussen, und/oder zur Diagnose, insbesondere zum Nachweis eines Defekts in der Demodifizierung von Proteinen mit Ubiquitin-verwandten Proteinen.53. Use of an isopeptidase substrate according to one of the claims 47 - 51 for the analysis of demodifications of proteins with ubiquitin-related proteins, for the determination of substances which influence the demodification of a target protein with ubiquitin-related proteins, and / or for the diagnosis, in particular for Evidence of a defect in the demodification of proteins with ubiquitin-related proteins. 54. Verfahren zur Herstellung einer pharmazeutischen Zusammensetzung, umfassend das Verfahren nach einem der Anspräche 12 - 28, und das Vermischen des getesteten und/oder identifizierten Stoffs mit einem pharmazeutisch verträglichen Träger.54. A process for the preparation of a pharmaceutical composition comprising the process according to any one of claims 12 - 28, and the Mixing the tested and / or identified substance with a pharmaceutically acceptable carrier. 55. Verfahren zur Herstellung einer pharmazeutischen Zusammensetzung, umfassend das Verfahren nach einem der Ansprüche 32 - 42, und das Vermischen des identifizierten Zielproteins oder eines Derivats hiervon mit einem pharmazeutisch verträglichen Träger. 55. A process for the preparation of a pharmaceutical composition comprising the process of any of claims 32-42, and admixing the identified target protein or a derivative thereof with a pharmaceutically acceptable carrier.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6979551B2 (en) * 2000-04-03 2005-12-27 Rigel Pharmaceuticals, Inc. Assays for identifying ubiquitin agents and for identifying agents that modify the activity of ubiquitin agents
US6740495B1 (en) 2000-04-03 2004-05-25 Rigel Pharmaceuticals, Inc. Ubiquitin ligase assay
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CA2524130A1 (en) * 2003-05-14 2004-12-02 Exelixis, Inc. Ranbp2 as modifier of the pten/igf pathway and methods of use
US20090263821A1 (en) * 2004-12-01 2009-10-22 Proteologics, Inc. Ubiquitin Ligase Assays And Related Reagents
JP2009513681A (en) * 2005-10-28 2009-04-02 インヴィトロジェン コーポレーション Kinase and ubiquitination assays
DE102014203266B4 (en) 2014-02-24 2018-07-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Composition with FRET pair in defined geometry
GB201509782D0 (en) * 2015-06-05 2015-07-22 Isis Innovation Methods and products for fusion protein synthesis
CN108285918A (en) * 2017-01-09 2018-07-17 复旦大学 A kind of outer SUMOization modification quick detection kit of proteosome
US11604186B2 (en) * 2018-10-17 2023-03-14 Molecular Devices (Austria) GmbH Real time western blot assays utilizing fluorescence resonance energy transfer (FRET)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6740495B1 (en) * 2000-04-03 2004-05-25 Rigel Pharmaceuticals, Inc. Ubiquitin ligase assay

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