WO2002033103A2 - Non-human mammal with modified pacap type i receptor - Google Patents
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Definitions
- Non-human mammal with an altered PACAP type I receptor is an altered PACAP type I receptor
- the present invention relates to a non-human mammal which has an altered, preferably inactivated, PACAP type I receptor (PACl).
- PACl PACAP type I receptor
- the present invention further relates to methods for producing such a mammal and its use for characterizing genes and / or testing substances, drugs and therapeutic approaches with regard to various diseases, such as e.g. visceral pain, learning disabilities, anxiety or dilated cardiomyopathy.
- the PACAP type I receptor is a G protein-coupled receptor that binds the highly conserved neuropeptide PACAP ("pituitary adenylate cyclase activating polypeptide") with a thousand times higher affinity than the related peptide VIP.
- Signal transmission mediated by the PACAP Type I receptor is believed to be involved in a wide range of physiological processes including neurotransmitters / neurotrophic actions, neuronal differentiation, synaptic plasticity and fertility.
- the present invention is therefore based on the technical problem of providing means which allow the identification of genes which are involved in the development of diseases which are associated with impaired learning behavior, e.g. Learning deficiency, associated with pain, excessive fear behavior or dilated cardiomyopathy, and are therefore of therapeutic benefit, since the desired therapeutic effect can be achieved by influencing the expression of these genes.
- impaired learning behavior e.g. Learning deficiency, associated with pain, excessive fear behavior or dilated cardiomyopathy
- the gene coding for the PACAP type I receptor is a gene which is very well suited for the above purposes. Therefore, the problems discussed above can be addressed by providing a model system by creating animals, eg mice, in which the gene coding for the PACAP type I receptor is changed or inactivated.
- animals eg mice
- the gene coding for the PACAP type I receptor is changed or inactivated.
- two different mouse mutants were generated, which have ubiquitous inactivation and tissue-specific inactivation of the PACAP type I receptor.
- the Cre loxP system was used and exon 11 of the PACl gene was flanked with loxP sites. Mice with ubiquitous inactivation of the PACAP type I receptor showed reduced anxiety and increased locomotion. In addition, these animals showed a specific deficit in the hippocampus-dependent association learning.
- the knockout mice according to the invention allow the search for genes which are regulated via the PACAP type I receptor and whose misregulation in the PACAP type I receptor-deficient mice is the reason for the deficits described above.
- these knockout mice enable the identification of new genes that are involved in processes such as learning, pain, anxiety and dilated cardiomyopathy, and which in turn can be the starting point for the development of new drugs, e.g. anxiolytics or memory-enhancing therapeutic agents.
- the PACAP type I receptor is particularly important for the transmission of visceral pain, but not of somatic pain, very selective therapeutic agents, preferably for the treatment of tumor pain, the side effects of which may well be below those of broader-acting anaesthetics.
- the present invention thus relates to a non-human mammal in which the PACAP type I receptor (PACl) is ubiquitously or tissue-specifically altered, preferably inactivated.
- Characteristic of this mammal with an altered PACAP type I receptor is a combination of two genetic manipulations: (a) insertion of two recognition sites for a recombinase into the gene coding for PACl in such a way that its function is not impaired, but the Excision of the information between the recognition parts leads to expression of an inactive PACl and (b) insertion of a gene which codes for a recombinase which recognizes the above recognition sites and is under the control of a tissue-specific promoter.
- the procedure described above can also be used for the production of animals with a ubiquitously modified gene, the gene coding for the recombinase being under the control of a non-tissue-specific promoter.
- non-human mammal encompasses any mammal whose PACl can be ubiquitously or tissue-specifically modified, preferably inactivated, for example mouse, rat, rabbit, horse, cattle, sheep, goat, monkey, pig, dog and cat, mouse is preferred.
- PACAP type I receptor encompasses any PACAP type I receptor.
- a non-human mammal according to the invention can be produced, for example, by the methods described in the examples below.
- the inactivation of the PACAP type I receptor can be achieved, for example, by changing the coding gene in such a way that a PACAP type I receptor is expressed in which the ligand-binding domain is inactivated or one or more transmembranes Domains are deleted.
- a transmembrane domain or a portion thereof is deleted, most preferably a deletion of exon 11 which results in the deletion of most of the transmembrane domain IV of the receptor.
- the tissue-specific change / inactivation of the PACAP type I receptor is not restricted to specific tissues and can ultimately affect all tissues for which corresponding tissue-specific promoters are available.
- the function of the PACAP type I receptor is preferably inactivated in the brain, for example by using a recombinase under the control of the Nestin promoter, even more preferred is the forebrain-specific inactivation, for example by using a under the control of the CaMKIi ⁇ promoter (Kellendonk et al., J. Mol. Biol. 285 (1999), 175-182) standing recombinase can be achieved.
- a non-human mammal according to the invention can preferably be obtained by a method, the following
- Steps include:
- step (b) isolation of cells stably transfected in step (a) and introduction into a first non-human mammal;
- step (d) introducing the injected oocytes from step (c) into a second non-human mammal;
- step (f) Selection of the progeny obtained after step (e) for those with a tissue-specifically modified, in particular inactivated PACAP type I receptor.
- embryonic stem cells used here includes all embryonic stem cells of a non-human mammal that are suitable for mutating the DNA coding for the PACAP type I receptor.
- the embryonic stem cells are preferably from the mouse, in particular E14 / 1 cells.
- vector refers to any vector which, after recombination with the genome of the non-human mammal, results in the insertion of two recognition sites for a recombinase into the DNA coding for the PACAP type I receptor, with regard to the function / Localization of the recognition sites apply the information given above, or (b) the integration of a coding for a recombinase, under the control of a (tissue-specific) promoter standing gene allowed into the genome, the recognition sites of the vector from (a) must be compatible with the recombinase of the vector from (b), ie recognized by this.
- Tissue-specific elimination of the PACAP type I promoter can be achieved, for example, by inserting the two recognition sites for the recombinase into the genome in such a way that the corresponding recombinase under the control of a tissue-specific promoter inactivates the areas of the receptor discussed above or deleted. It is also advantageous if the vector has a marker with which selection can be made for stem cells in which the desired recombination has taken place.
- One such marker is the loxP / tkneo cassette, which can be removed from the genome again using the Cre / loxP system.
- step (a) the person skilled in the art knows conditions and materials in order to carry out steps (a) to (f) of the above method. For example, he will inject the cells stably transfected in step (a) into blastocysts of a mammalian donor female. The blastocysts are then introduced into sham-pregnant mammals. Some of the transferred blastocysts develop into mouse chimeras, some of which carry a modified PACAP type I receptor allele in the germ cells. Appropriate crossings then give rise to hetero- and homozygous mammals.
- mammals By mating these mammals and crossing with mammals encoding a recombinase under the control of a tissue-specific promoter, mammals are obtained that are homozygous for the modified PACAP type I receptor allele and heterozygous for the recombinase gene.
- the person skilled in the art will apply methods in which it can be demonstrated in the desired tissues that the receptor is modified or inactivated with regard to its biological activity, for example by determining to what extent the induction of PACAP type I -Receptor-dependent genes are weakened or prevented.
- the choice of the promoter controlling the recombinase depends on the tissue in which the biological function of the PACAP type I receptor in the non-human mammal according to the invention is to be changed, preferably inactivated. Suitable promoters are known to the person skilled in the art. Such are for example for the nervous system (neurons and glial cells) as Nestin-Cre in Zimmermann et al. , Neuron 12.
- any recognition site / recombinase system can be used which allows the effective excision of the gene or gene segment lying between the recognition sites for the recombinase.
- Suitable systems are known to the person skilled in the art. These include e.g. the LoxP / Cre recombinase system or the FRT / FLP recombinase system (Sauer and Hendersen, Proc. Natl. Acad. Sci. 85 (1988), 5166-5170), the LoxP / Cre system being preferred. It is particularly preferred if the LoxP sites flank exon 11 of the gene coding for the PACAP type I receptor.
- a non-human mammal according to the invention in which the PACAP type I receptor is ubiquitously changed / inactivated. This can be achieved by the recombinase being under the control of a non-tissue-specific promoter; see also the explanations in Example 1 below.
- a non-human mammal according to the invention with a ubiquitously modified PACAP type I receptor can also be obtained by a process which comprises the following steps: (a) transfecting embryonic stem cells of a non-human mammal with a vector which, after homologous recombination with the genome of the non-human mammal, leads to the generation of a gene coding for an altered or inactivated PACAP type I receptor;
- step (b) isolating the cells obtained in step (a) and introducing them into blastocysts;
- step (c) introducing the injected blastocysts from step (b) into a non-human mammal;
- step (d) Examination of the non-human mammal obtained after step (c) for a ubiquitously modified, in particular inactivated, PACAP type I receptor.
- the non-human mammal it is possible to investigate the effects of, for example tissue-specific, change or inactivation of the PACAP type I receptor, for example with regard to the change in the expression of specific genes and / or the associated phenotypic peculiarities.
- tissue-specific, change or inactivation of the PACAP type I receptor for example with regard to the change in the expression of specific genes and / or the associated phenotypic peculiarities.
- Such inactivation of the PACAP-type receptor also leads to dilated cardiomyopathy.
- the forebrain-specific inactivation leads to a deficit in the hippocampus-dependent association learning.
- a comparison of gene expression in animals in which the PACAP type I receptor was ubiquitously inactivated or only in the forebrain with control animals thus allows the identification of genes that are involved in processes such as learning, pain, anxiety or dilated cardiomyopathy. are involved and can in turn be the starting point for the development of new medicines, e.g. anxiolytics or memory-enhancing therapeutic agents.
- new medicines e.g. anxiolytics or memory-enhancing therapeutic agents.
- the knowledge of these genes and their function then allows the development of new approaches for pharmacological Influencing the processes described above, for example by providing compounds which specifically influence the expression of these genes or the activity of the gene products.
- the non-human mammal not only can genes be identified which are under the control of the PACAP type I receptor, but also their function or the possibly pathogenic conditions triggered by a malfunction of the function can be determined. Since the PACAP type I receptor is particularly important for the transmission of visceral pain, but not of somatic pain, very selective therapeutic agents, preferably for the treatment of tumor pain, can be developed, the side effects of which are likely to be significantly lower than those of broader-acting analgesics ,
- the present invention preferably also relates to the use of the non-human mammal to characterize genes and / or test substances, drugs and / or therapeutic approaches that have an impact on processes related to learning ability, pain, anxiety behavior and dilated cardiomyopathy these processes are diseases or related symptoms such as visceral pain, learning or memory impairment, anxiety or dilated cardiomyopathy.
- PACAP type II receptors (VPACl and VPAC2) are not upregulated in PACl "7" brains (M: lkb ladder; GAPDH: glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase).
- mice showed increased horizontal (p ⁇ 0.01) and vertical locomotor activity (p ⁇ 0.01). The results of the first day of observation are shown.
- mice had dilated cardiomyopathy, which affected all 4 ventricles. These mice also showed centroacinous fatty liver.
- mice showed altered gene expression.
- ANP atrial natriuret. Factor
- SERCA sarcoplasmatic calcium ATPase
- Inner pri er 1 5 '- T C T A G A A T A A C T T C G T A T A
- Interior primer 2 5 '- AT AAC T T G C TA TAG CATAC
- the 5 'homology arm a 3.5 kbp Spel / BamHI fragment, which carries exons 7 to 10 of the PACl gene (all DNA fragments used come from a genomic ⁇ phage 18, which is from a genomic library was isolated (Kastner et al., Genomics 20 (1994), 377-385)), was subcloned into the "Bluescript” vector Bluescript IIKS + " (Stratagene) and fused with the 0.35 kbp BamHI / HindIII fragment , the "includes the upstream loxP site and exon.
- G418-resistant clones were analyzed by Southern blot using probes outside the homology arms.
- the 5 'probe represents a 500 bp Pstl-Spel fragment which connects directly to the 5' homology arm.
- the 3 'probe is a 350 bg HindIII fragment which connects directly to the 3' homology arm. The frequency of homologous recombination was 12%.
- Homologously recombined clones were transiently transfected with a Cre expression plasmid pHD2 (provided by F. Weih, DKFZ, Heidelberg, Germany) (20 ⁇ g) and subclones were selected in the presence of gancyclovir (1 ⁇ M). Which the PAC 1 _ - or PACL CaMKCre2 allele bearing mice were analyzed by blastocyst injection (Hogan et al, Manipulating the Mouse Embryo; Cold Spring Harbor Laboratory Press., 1994) were obtained.
- nlsCre was cloned into a CaMKIl vector as described recently ⁇ .Kellendonk et al., J. Mol. Biol. 285 (1999), 175-182).
- Linearized pMM403-Cre insertion DNA was injected into the pronuclei of C57BI / 6 oocytes (Kellendonk et al., J. Mol. Biol. 285 (1999), 175-182) and various transgenic lines were obtained.
- the expression pattern of the Cre recombinase was defined using an anti-Cre recombinase antibody (Kellendonk et al., J. Mol. Biol.
- RNase protection analyzes and in situ hybridization were carried out as described recently (Otto et al., Mol. Brain Res. .66
- mice in three different laboratories / countries were unt he seeks.
- the results were highly reproducible and were analyzed using the Student T-Test and ANOVA. The results are presented as mean values ⁇ standard deviation. To directly compare the two mutant mouse strains, all experiments in this study were carried out with the same genetic background (75% C75BI / 6/25% 129 Ola).
- Example 2 Studies on the lack of expression of PACl in the mutant mice obtained in Example 1
- mice were produced according to Example 1 above.
- Exon 11 which codes for most of the transmembrane domain IV of the receptor protein, was used to inactivate all previously known splice variants of PACl inactivated.
- ES embryonic stem cells
- Two different PACl alleles were generated ( Figure la).
- the PAC1 " allele with missing exon 11 was injected into blastocysts to produce PACl " / _ mice with ubiquitous inactivation of PACl.
- exon 11 was flanked by two loxP recognition sites for the recombinase-controlled excision of the DNA sequence in between (FIG. 1 a).
- PACl loxP is thus inactivated in every cell that expresses the recombinase.
- PACl loxP homozygous mice appear normal and the expression of the PACl mRNA is identical to that of Wildty mice.
- PACl loxP mice were crossed with transgenic mice (CaMKCre mice), the Cre recombinase expressing under the control of the CaMotKI promoter ,
- PACl CaMKCre mice show, according to the expression pattern for Cre recombinase, inactivation of PACl mainly in three brain areas, the olfactory bulb, the cortex areas of the forebrain and the toothed gyrus ( Figure If).
- PAC1 "- mice showed ubiquitous inactivation of PACl. Wild-type transcripts of PACl are completely missing (FIG. 1b, e). Instead, an alternatively fed transcript is detectable in PAC1 " / - brains, which 8% of the Wild-type RNA level reached ( Figure lb).
- mice as well as PAC CaMKCre2 mice are the serrated gyrus and neocortex areas of the forebrain. Since lesions of the neocortex did not affect the contextual anxiety conditioning, the presynaptic PAC1-mediated signal transmission at the "mossy fiber" synapse seems to play a critical role for the consolidation of the contextual anxiety in long-term memory. In contrast to pvc CaMKCre2 mice, PAC "/ _ mice were deficient in the hippocampus-dependent short-term test regarding the conditioning of contextual anxiety (Figure 3b). This finding is consistent with the previous and ubiquitous inactivation of PACl in these mutants.
- mice 7- mice were crossed back into the C57bl6 background and phenotypic and genotypic analysis of the mice was performed. It was found that 90% of the mice died on day 8-14. Furthermore, the mice showed progressive weakness and absence the weight gain from day 6 after birth ( Figure 4 (a)) and the mice also showed dilated cardiomyopathy affecting all 4 ventricles. The mice also had a suitable centroacinar fatty liver, as would be expected in hypoxemia, which is due to the reduced pumping power of the heart (FIG. 4 (b)). At the molecular level, a change in gene expression with respect to ANP (up-regulation) and SERCA (under-regulation) observed.
- ANP up-regulation
- SERCA under-regulation
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Abstract
Description
Nicht-menschliches Säugetier mit verändertem PACAP-Typ-I- RezeptorNon-human mammal with an altered PACAP type I receptor
Die vorliegende Erfindung betrifft ein nicht-menschliches Säugetier, das einen veränderten, vorzugsweise inaktivierten PACAP-Typ-I-Rezeptor (PACl) aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung eines solchen Säugetiers sowie dessen Verwendung zur Charakterisierung von Genen und/oder Testung von Substanzen, Arzneimitteln und Therapieansätzen hinsichtlich verschiedener Erkrankungen, wie z.B. viszerale Schmerzzustände, Lernschwäche, Angstzustände oder dilatative Kardiomyopathie.The present invention relates to a non-human mammal which has an altered, preferably inactivated, PACAP type I receptor (PACl). The present invention further relates to methods for producing such a mammal and its use for characterizing genes and / or testing substances, drugs and therapeutic approaches with regard to various diseases, such as e.g. visceral pain, learning disabilities, anxiety or dilated cardiomyopathy.
Der PACAP-Typ-I-Rezeptor ist ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor, der das stark konservierte Neuropeptid PACAP ("pituitary adenylate cyclase activating polypeptide") mit einer tausendfach höheren Affinität als das verwandte Peptid VIP bindet. Es wird angenommen, dass die hiermit von dem PACAP-Typ-I-Rezeptor vermittelte Signalübertragung an einer breiten Palette von physiologischen Prozessen beteiligt ist, zu denen Neurotransmitter/neurotrophe Aktionen, neuronale Differenzierung, synaptische Plastizität und Fruchtbarkeit zählen.The PACAP type I receptor is a G protein-coupled receptor that binds the highly conserved neuropeptide PACAP ("pituitary adenylate cyclase activating polypeptide") with a thousand times higher affinity than the related peptide VIP. Signal transmission mediated by the PACAP Type I receptor is believed to be involved in a wide range of physiological processes including neurotransmitters / neurotrophic actions, neuronal differentiation, synaptic plasticity and fertility.
Die Therapie von Erkrankungen, die mit einem gestörten Lernverhalten, z.B. Lernschwäche, oder mit Schmerzen, übermäßigem Angstverhalten oder dilatativer Kardiomyopathie einhergehen, konnte bisher nur unbefriedigend durchgeführt werden, was zum großen Teil daran liegt, dass - wenn überhaupt, nur Medikamente zur Verfügung stehen, die relativ unspezifisch wirken bzw. unerwünschte Nebenwirkungen aufweisen. Um eine neue Gruppe von Therapeutika erhalten zu können, die diese Nachteile nicht haben, wäre es somit wünschenswert, Zielgene und deren Produkte charakterisieren zu können, die mit diesen Erkrankungen in Zusammenhang stehen, wobei als Zielorgan in erster Linie das Gehirn in Frage kommt. Die Identifizierung von Zielgenen wird dann neue Ansatzpunkte für Therapien ermöglichen. So könnten Medikamente entwickelt werden, die im Vergleich zu den bisher eingesetzten Medikamenten eine höhere Spezifität und daher geringere Nebenwirkungen aufweisen. Allerdings fehlten bisher die Voraussetzungen für die Entwicklung solcher Medikamente, vor allem aufgrund des Mangels geeigneter Mode11Systeme, d.h., z.B. von genetisch modifizierten Tieren, die die Untersuchung der Auswirkungen der Veränderung oder Inaktivierung von Genen erlauben, die mit diesen Erkrankungen in Zusammenhang stehen, vor allem da solche Gene bisher nicht oder nur unzureichend bekannt waren.The treatment of diseases that are associated with impaired learning behavior, such as poor learning, or with pain, excessive anxiety behavior or dilated cardiomyopathy has so far been unsatisfactory, which is largely due to the fact that - if at all - only medication is available, which are relatively unspecific or have undesirable side effects. To get a new group of therapeutics too who do not have these disadvantages, it would therefore be desirable to be able to characterize target genes and their products which are associated with these diseases, the brain being the primary target organ. The identification of target genes will then enable new starting points for therapies. In this way, drugs could be developed that have a higher specificity and therefore fewer side effects compared to the drugs previously used. However, the prerequisites for the development of such drugs have so far been lacking, above all due to the lack of suitable fashion systems, that is to say, for example of genetically modified animals, which allow the effects of the change or inactivation of genes associated with these diseases to be investigated, above all because such genes were previously unknown or only insufficiently known.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, Mittel bereitzustellen, die die Identifizierung von Genen erlauben, die an der Entstehung von Erkrankungen beteiligt sind, die mit einem gestörten Lernverhalten, z.B. Lernschwäche, mit Schmerzen, übermäßigem Angstverhalten oder dilatativer Kardiomyopathie einhergehen, und somit von therapeutischem Nutzen sind, da durch Beeinflussung der Expression dieser Gene die gewünschte therapeutische Wirkung erzielt werden kann.The present invention is therefore based on the technical problem of providing means which allow the identification of genes which are involved in the development of diseases which are associated with impaired learning behavior, e.g. Learning deficiency, associated with pain, excessive fear behavior or dilated cardiomyopathy, and are therefore of therapeutic benefit, since the desired therapeutic effect can be achieved by influencing the expression of these genes.
Die Lösung dieses technischen Problems erfolgt durch die in den Patentansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen.This technical problem is solved by the embodiments characterized in the patent claims.
Es stellte sich heraus, dass es sich bei dem für den PACAP- Typ-I-Rezeptor kodierenden Gen um ein Gen handelt, das für die vorstehenden Zwecke sehr gut geeignet ist. Daher können die vorstehend diskutierten Probleme durch die Bereitstellung eines Modellsystems angegangen werden, indem Tiere, z.B. Mäuse, erzeugt werden, bei denen das für den PACAP-Typ-I- Rezeptor kodierende Gen verändert bzw. inaktiviert ist. Bei den zu der vorliegenden Erfindung führenden Untersuchungen wurden zwei verschiedene Mausmutanten erzeugt, die zum einen eine ubiquitäre Inaktivierung und zum anderen eine gewebespezifische Inaktivierung des PACAP-Typ-I-Rezeptors aufweisen. In beiden Fällen wurde das Cre loxP-System verwendet und Exon 11 des PACl-Gens mit loxP-Stellen flankiert. Mäuse mit einer ubiquitären Inaktivierung des PACAP-Typ-I-Rezeptors zeigten eine verringerte Ängstlichkeit und gesteigerte Lokomotion. Außerdem zeigten diese Tiere ein spezifisches Defizit im Hippocampus -abhängi gen Assoziationslernen. Andere Gedächtnistests (deklaratives Gedächtnis) blieben unbeeinflußt. Desweiteren war das viszerale Schmerzempfinden der Mäuse mit einer ubiquitären Inaktivierung des Rezeptors drastisch verringert. Darüberhinaus wiesen diese Mäuse eine dilatative Kardiomyopathie auf. Mäuse mit einer vorderhirnspezifischen Inaktivierung des Rezeptorgens zeigten keine Auffälligkeiten im Angstverhalten oder in der Lokomotion, jedoch - wie die Mäuse mit einer ubiquitären Inaktivierung des Rezeptorgens - ein Defizit im hippocampusabhängigen Assoziationslernen. Somit konnte gezeigt werden, dass eine Zerstörung dieses Rezeptorgens in vivo weitreichende Folgen für das' viszerale Schmerzempfinden, das Assoziationslernen und die Ängstlichkeit hat sowie dilatative Kardiomyopathie hervorruft, wodurch der PACAP-Typ-I-Rezeptor bzw. das für diesen Rezeptor kodierende Gen einen wertvollen Ansatzpunkt für die Entwicklung neuer Medikamente darstellt. Die erfindungsgemäßen Knockout-Mäuse erlauben die Suche nach Genen, die über den PACAP-Typ-I- Rezeptor reguliert werden und deren Mißregulation in den PACAP-Typ-I-Rezeptor-defizienten Mäusen der Grund für die vorstehend beschriebenen Defizite ist. Somit ermöglichen diese Knockout-Mäuse die Identifizierung neuer Gene, di-e an Prozessen, wie Lernen, Schmerz, Ängstlichkeit und dilatativer Kardiomyopathie, beteiligt sind und ihrerseits Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer Medikamente, z.B. Anxiolytika oder gedächtnisfördernde Therapeutika, sein können. Da der PACAP- Typ-I-Rezeptor besonders für die Weiterleitung des viszeralen Schmerzes, nicht jedoch des somatischen Schmerzes von Bedeutung ist, können sehr selektive Therapeutika, vorzugsweise zur Behandlung des Tumorschmerzes, entwickelt werden, deren Nebenwirkungen deutlich unter denen breiter wirkender Anaigetika liegen dürften.It turned out that the gene coding for the PACAP type I receptor is a gene which is very well suited for the above purposes. Therefore, the problems discussed above can be addressed by providing a model system by creating animals, eg mice, in which the gene coding for the PACAP type I receptor is changed or inactivated. In the investigations leading to the present invention two different mouse mutants were generated, which have ubiquitous inactivation and tissue-specific inactivation of the PACAP type I receptor. In both cases the Cre loxP system was used and exon 11 of the PACl gene was flanked with loxP sites. Mice with ubiquitous inactivation of the PACAP type I receptor showed reduced anxiety and increased locomotion. In addition, these animals showed a specific deficit in the hippocampus-dependent association learning. Other memory tests (declarative memory) remained unaffected. Furthermore, the visceral pain sensation of the mice was drastically reduced with ubiquitous inactivation of the receptor. In addition, these mice had dilated cardiomyopathy. Mice with a forebrain-specific inactivation of the receptor gene showed no abnormalities in anxiety or locomotion, but - like the mice with ubiquitous inactivation of the receptor gene - showed a deficit in the hippocampus-dependent association learning. Thus, it was shown that the destruction of this receptor gene in vivo far-reaching consequences for the "visceral pain, the association learning and anxiety has as well as causing dilated cardiomyopathy, whereby the PACAP type I receptor and the gene coding for this receptor a valuable Starting point for the development of new drugs. The knockout mice according to the invention allow the search for genes which are regulated via the PACAP type I receptor and whose misregulation in the PACAP type I receptor-deficient mice is the reason for the deficits described above. Thus, these knockout mice enable the identification of new genes that are involved in processes such as learning, pain, anxiety and dilated cardiomyopathy, and which in turn can be the starting point for the development of new drugs, e.g. anxiolytics or memory-enhancing therapeutic agents. Since the PACAP type I receptor is particularly important for the transmission of visceral pain, but not of somatic pain, very selective therapeutic agents, preferably for the treatment of tumor pain, the side effects of which may well be below those of broader-acting anaesthetics.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein nichtmenschliches Säugetier, bei dem der PACAP-Typ-I-Rezeptor (PACl) ubiquitär oder gewebespezifisch verändert, vorzugsweise inaktiviert ist. Charakteristisch für dieses Säugetier mit verändertem PACAP-Typ-I-Rezeptor ist eine Kombination von zwei genetischen Manipulationen: (a) Einfügung von zwei Erkennungsstellen für eine Rekombinase so in das für PACl kodierende Gen, dass dieses in seiner Funktion nicht beeinträchtigt wird, jedoch die Exzision der zwischen den Erkennungssteilen liegenden Information zur Expression eines inaktiven PACl führt und (b) Einfügung eines Gens, das für eine Rekombinase kodiert, die die vorstehenden Erkennungsstellen erkennt und unter Kontrolle eines gewebespezifischen Promotors steht. Die Begrenzung der Veränderung, vorzugsweise Inaktivierung des PACl in definierten Zieltypen bzw. Zielorganen, erlaubt somit eine direkte Charakterisierung der Rezeptorfunktion in diesen Zellen ohne Beeinträchtigung durch weitere Einflüsse, die auf eine zusätzliche Inaktivierung des PACl in anderen Zelltypen zurückzuführen wäre. Für die Erzeugung von Tieren mit einem ubiquitär veränderten Gen kann neben anderen Vorgehensweisen auch die vorstehend beschriebene Vorgehensweise verwendet werden, wobei das für die Rekombinase kodierende Gen unter der Kontrolle eines nicht-gewebespezifischen Promotors steht.The present invention thus relates to a non-human mammal in which the PACAP type I receptor (PACl) is ubiquitously or tissue-specifically altered, preferably inactivated. Characteristic of this mammal with an altered PACAP type I receptor is a combination of two genetic manipulations: (a) insertion of two recognition sites for a recombinase into the gene coding for PACl in such a way that its function is not impaired, but the Excision of the information between the recognition parts leads to expression of an inactive PACl and (b) insertion of a gene which codes for a recombinase which recognizes the above recognition sites and is under the control of a tissue-specific promoter. Limiting the change, preferably inactivating the PACl in defined target types or target organs, thus allows a direct characterization of the receptor function in these cells without impairment by further influences, which would be due to an additional inactivation of the PACl in other cell types. In addition to other procedures, the procedure described above can also be used for the production of animals with a ubiquitously modified gene, the gene coding for the recombinase being under the control of a non-tissue-specific promoter.
Der hier verwendete Ausdruck "nicht-menschliches Säugetier" umfaßt jedes Säugetier, dessen PACl ubiquitär - oder gewebespezifisch verändert, vorzugsweise inaktiviert werden kann, beispielsweise Maus, Ratte, Kaninchen, Pferd, Rind, Schaf, Ziege, Affe, Schwein, Hund und Katze, wobei Maus bevorzugt ist.The term "non-human mammal" as used herein encompasses any mammal whose PACl can be ubiquitously or tissue-specifically modified, preferably inactivated, for example mouse, rat, rabbit, horse, cattle, sheep, goat, monkey, pig, dog and cat, mouse is preferred.
Der hier verwendete Ausdruck "ubiquitär oder gewebespezifisch veränderter PACAP-Typ-I-Rezeptor" umfaßt jeden PACAP-Typ-I- Rezeptor eines nicht-menschlichen Säugetiers, der sich hinsichtlich der biologischen Funktion von dem Wildtyp unterscheidet, vorzugsweise inaktiv ist. Die Herstellung eines erfindungsgemäßen nicht-menschlichen Säugetiers kann beispielsweise durch die in den nachstehenden Beispielen beschriebenen Verfahren erfolgen. Die Inaktivierung des PACAP- Typ-I-Rezeptors kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das kodierende Gen so verändert wird, dass ein PACAP-Typ- I-Rezeptor exprimiert wird, bei dem die Liganden-bindende Domäne inaktiviert ist oder eine oder mehrere Transmembran- Domänen deletiert sind. Vorzugsweise ist eine Transmembran- Domäne oder ein Teil davon deletiert, wobei am meisten bevorzugt eine Deletion von Exon 11 ist, die zur Deletion des größten Teils der Transmembran-Domäne IV des Rezeptors führt. Die gewebespezifische Veränderung/Inaktivierung des PACAP-Typ- I-Rezeptors ist nicht auf bestimmte Gewebe beschränkt und kann letztendlich alle Gewebe betreffen, für die entsprechende gewebespezifische Promotoren zur Verfügung stehen. Vorzugsweise ist die Funktion des PACAP-Typ-I-Rezeptors im Gehirn inaktiviert, beispielsweise durch Verwendung einer unter Kontrolle des Nestin-Promotors stehenden Rekombinase, noch mehr bevorzugt ist die vorderhirnspezifische Inaktivierung, was z.B. durch die Verwendung einer unter Kontrolle des CaMKIiα-Pro otors (Kellendonk et al . , J. Mol. Biol. 285 (1999), 175- 182) stehenden Rekombinase erreicht werden kann.The term "ubiquitous or tissue-specific altered PACAP type I receptor" as used herein encompasses any PACAP type I receptor. Receptor of a non-human mammal that is different from the wild type in biological function, preferably inactive. A non-human mammal according to the invention can be produced, for example, by the methods described in the examples below. The inactivation of the PACAP type I receptor can be achieved, for example, by changing the coding gene in such a way that a PACAP type I receptor is expressed in which the ligand-binding domain is inactivated or one or more transmembranes Domains are deleted. Preferably, a transmembrane domain or a portion thereof is deleted, most preferably a deletion of exon 11 which results in the deletion of most of the transmembrane domain IV of the receptor. The tissue-specific change / inactivation of the PACAP type I receptor is not restricted to specific tissues and can ultimately affect all tissues for which corresponding tissue-specific promoters are available. The function of the PACAP type I receptor is preferably inactivated in the brain, for example by using a recombinase under the control of the Nestin promoter, even more preferred is the forebrain-specific inactivation, for example by using a under the control of the CaMKIiα promoter (Kellendonk et al., J. Mol. Biol. 285 (1999), 175-182) standing recombinase can be achieved.
Ein erfindungsgemäßes nicht-menschliches Säugetier kann vorzugsweise durch ein Verfahren erhalten werden, das folgendeA non-human mammal according to the invention can preferably be obtained by a method, the following
Schritte umfaßt:Steps include:
(a) Transfektion von embryonalen Stammzellen eines nichtmenschlichen Säugetiers mit einem Vektor, der nach Rekombination mit dem Genom des nicht-menschlichen Säugetiers zur Insertion von zwei Erkennungsstellen für eine Rekombinase in die für den PACAP-Typ-I-Rezeptor kodierende DNA führt, wobei einerseits die Insertion der beiden Erkennungssteilen die Expression eines biologisch aktiven Rezeptors nicht nachteilig beeinflußt und andererseits die beiden Erkennungsstellen einen Genbereich flankieren, dessen Verlust zur Expression eines in seiner biologischen Aktivität veränderten oder inaktivierten Rezeptors führt;(a) Transfection of embryonic stem cells of a non-human mammal with a vector which, after recombination with the genome of the non-human mammal, leads to the insertion of two recognition sites for a recombinase into the DNA coding for the PACAP type I receptor, on the one hand the insertion of the two recognition parts does not adversely affect the expression of a biologically active receptor and on the other hand, the two recognition sites flank a gene region, the loss of which leads to the expression of a receptor which is modified or inactivated in its biological activity;
(b) Isolierung von in Schritt (a) stabil transfizierten Zellen und Einbringung dieser in ein erstes nicht- menschliches Säugetier;(b) isolation of cells stably transfected in step (a) and introduction into a first non-human mammal;
(c) Injektion von Oocyten eines zweiten nicht-menschlichen Säugetiers mit einem das Gen für eine Rekombinase unter Kontrolle eines gewebespezifischen Promotors enthaltenden Vektor;(c) injecting oocytes from a second non-human mammal with a vector containing the gene for a recombinase under the control of a tissue-specific promoter;
(d) Einführung der injizierten Oocyten von Schritt (c) in ein zweites nicht-menschliches Säugetier;(d) introducing the injected oocytes from step (c) into a second non-human mammal;
(e) Kreuzung der nicht-menschlichen Säugetiere aus Schritt (b) und (d) ; und(e) crossing the non-human mammals from steps (b) and (d); and
(f) Selektion der nach Schritt (e) erhaltenen Nachkommen auf solche mit einem gewebespezifisch veränderten, insbesondere inaktivierten PACAP-Typ-I-Rezeptor.(f) Selection of the progeny obtained after step (e) for those with a tissue-specifically modified, in particular inactivated PACAP type I receptor.
Für die Ausdrücke "nicht-menschliches Säugetier" und "ubiquitär oder gewebespezifisch veränderter PACAP-Typ-I- Rezeptor" gelten die vorstehenden Ausführungen entsprechend.The above statements apply accordingly to the terms “non-human mammal” and “ubiquitously or tissue-specifically modified PACAP type I receptor”.
Der hier verwendete Ausdruck "embryonale Stammzellen" umfaßt alle embryonalen Stammzellen eines nicht-menschlichen Säugetiers, die sich zur Mutation der für den PACAP-Typ-I- Rezeptor kodierenden DNA eignen. Vorzugsweise sind die embryonalen Stammzellen von der Maus, insbesondere E14/1- Zellen.The term "embryonic stem cells" used here includes all embryonic stem cells of a non-human mammal that are suitable for mutating the DNA coding for the PACAP type I receptor. The embryonic stem cells are preferably from the mouse, in particular E14 / 1 cells.
Der hier verwendete Ausdruck "Vektor" betrifft jeden Vektor, der (a) nach Rekombination mit dem Genom des nichtmenschlichen Säugetiers zur Insertion von zwei Erkennungsstellen für eine Rekombinase in die für den PACAP- Typ-I-Rezeptor kodierende DNA führt, wobei hinsichtlich der Funktion/Lokalisation der Erkennungsstellen die vorstehend gemachten Angaben gelten, oder der (b) die Integration eines für eine Rekombinase kodierenden, unter Kontrolle eines (gewebespezifischen) Promotors stehenden Gens in das Genom erlaubt, wobei die Erkennungsstellen des Vektors aus (a) mit der Rekombinase des Vektors aus (b) kompatibel sein müssen, d.h. von dieser erkannt werden. Die gewebespezifische Ausschaltung des PACAP-Typ-I-Promotors kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die beiden Erkennungsstellen für die Rekombinase so in das Genom inseriert werden, daß mittels der entsprechenden, unter Kontrolle eines gewebespezifischen Promotors liegenden Rekombinase die vorstehend diskutierten Bereiche des Rezeptors inaktiviert oder deletiert werden. Ferner ist es günstig, wenn der Vektor einen Marker aufweist, mit dem auf Stammzellen selektioniert werden kann, in denen die gewünschte Rekombination erfolgt ist . Ein solcher Marker ist beispielsweise die loxP/tkneo-Kassette, die mit Hilfe des Cre/loxP-Systems wieder aus dem Genom entfernt werden kann.The term "vector" as used herein refers to any vector which, after recombination with the genome of the non-human mammal, results in the insertion of two recognition sites for a recombinase into the DNA coding for the PACAP type I receptor, with regard to the function / Localization of the recognition sites apply the information given above, or (b) the integration of a coding for a recombinase, under the control of a (tissue-specific) promoter standing gene allowed into the genome, the recognition sites of the vector from (a) must be compatible with the recombinase of the vector from (b), ie recognized by this. Tissue-specific elimination of the PACAP type I promoter can be achieved, for example, by inserting the two recognition sites for the recombinase into the genome in such a way that the corresponding recombinase under the control of a tissue-specific promoter inactivates the areas of the receptor discussed above or deleted. It is also advantageous if the vector has a marker with which selection can be made for stem cells in which the desired recombination has taken place. One such marker is the loxP / tkneo cassette, which can be removed from the genome again using the Cre / loxP system.
Desweiteren kennt der Fachmann Bedingungen und Materialien, um die Schritte (a) bis (f) des vorstehenden Verfahrens durchzuführen. Beispielsweise wird er die in Schritt (a) stabil transfizierten Zellen in Blastozysten eines Säugetier- Spenderweibchens injizieren. Die Blastozysten werden dann in scheinschwangere Säugetier-Weibchen eingeführt. Einige der transferierten Blastozysten entwickeln sich zu Maus-Chimären, von denen einige ein modifiziertes PACAP-Typ-I-Rezeptor-Allel in den Keimzellen tragen. Durch entsprechende Kreuzungen werden dann hetero- und homozygote Säugetiere erhalten. Durch Verpaarung dieser Säugetiere und Kreuzung mit Säugetieren, die für eine unter der Kontrolle eines gewebespezifischen Promotors stehende Rekombinase kodieren, werden Säugetiere erhalten, die homozygot für das modifizierte PACAP-Typ-I- Rezeptor-Allel und heterozygot für das Rekombinase-Gen-sind. Hinsichtlich des Selektionsschritts (f) wird der Fachmann Verfahren anwenden, bei denen in den gewünschten Geweben nachgewiesen werden kann, dass der Rezeptor hinsichtlich seiner biologischen Aktivität verändert oder inaktiviert ist, z.B. dadurch, dass bestimmt wird, inwieweit die Induktion von PACAP-Typ-I-Rezeptor-abhängigen Genen abgeschwächt bzw. verhindert ist. Die Wahl des die Rekombinase kontrollierenden Promotors hängt davon ab, in welchem Gewebe bei dem erfindungsgemäßen nichtmenschlichen Säugetier der PACAP-Typ-I-Rezeptor in seiner biologischen Funktion verändert, vorzugsweise inaktiviert, werden soll. Geeignete Promotoren sind dem Fachmann bekannt. Solche werden z.B. für das Nervensystem (Neuronen und Gliazellen) als Nestin-Cre in Zimmermann et al . , Neuron 12.Furthermore, the person skilled in the art knows conditions and materials in order to carry out steps (a) to (f) of the above method. For example, he will inject the cells stably transfected in step (a) into blastocysts of a mammalian donor female. The blastocysts are then introduced into sham-pregnant mammals. Some of the transferred blastocysts develop into mouse chimeras, some of which carry a modified PACAP type I receptor allele in the germ cells. Appropriate crossings then give rise to hetero- and homozygous mammals. By mating these mammals and crossing with mammals encoding a recombinase under the control of a tissue-specific promoter, mammals are obtained that are homozygous for the modified PACAP type I receptor allele and heterozygous for the recombinase gene. With regard to the selection step (f), the person skilled in the art will apply methods in which it can be demonstrated in the desired tissues that the receptor is modified or inactivated with regard to its biological activity, for example by determining to what extent the induction of PACAP type I -Receptor-dependent genes are weakened or prevented. The choice of the promoter controlling the recombinase depends on the tissue in which the biological function of the PACAP type I receptor in the non-human mammal according to the invention is to be changed, preferably inactivated. Suitable promoters are known to the person skilled in the art. Such are for example for the nervous system (neurons and glial cells) as Nestin-Cre in Zimmermann et al. , Neuron 12.
(1994), 11 - 24, für postnatale Neuronen als Thy-1/2 Cre in Vidal et al . , EMBO J. 9 (1990), 833 - 840, für postnatales Vorderhirn als Camkli -Cre z.B. in Mayford et al . , Cell 81(1994), 11-24, for postnatal neurons as Thy-1/2 Cre in Vidal et al. , EMBO J. 9 (1990), 833-840, for postnatal forebrain as Camkli-Cre e.g. in Mayford et al. , Cell 81
(1995), 891 - 904, für Hepatozyten als Albumin/α-Fetoprotein- Cre in Pinkert et al., Genes and Dev. 1 (1987), 268 - 276, für T-Zellen als Lck-Cre in Orban et al., Proc . Natl. Acad. Sei. 89 (1992), 6861 - 6865, und für Makrophagen als Lysozy -Cre beschrieben.(1995), 891-904, for hepatocytes as albumin / α-fetoprotein Cre in Pinkert et al., Genes and Dev. 1 (1987), 268-276, for T cells as Lck-Cre in Orban et al. , Proc. Natl. Acad. Be. 89 (1992), 6861-6865, and for macrophages as Lysozy-Cre.
Für das erfindungsgemäße nicht-menschliche Säugetier bzw. Verfahren kann jedes System aus Erkennungsstelle/Rekombinase verwendet werden, das die wirksame Exzision des zwischen den Erkennungsstellen für die Rekombinase liegenden Gens bzw. Genabschnitts erlaubt. Geeignete Systeme sind dem Fachmann bekannt. Hierzu zählen z.B. das LoxP/Cre-Rekombinase-System oder das FRT/FLP-Rekombinase-System (Sauer and Hendersen, Proc. Natl. Acad. Sei. 85 (1988), 5166-5170), wobei das LoxP/Cre-System bevorzugt wird. Besonders bevorzugt ist es, wenn die LoxP-Stellen Exon 11 des für den PACAP-Typ-I-Rezeptor kodierenden Gens flankieren.For the non-human mammal or method according to the invention, any recognition site / recombinase system can be used which allows the effective excision of the gene or gene segment lying between the recognition sites for the recombinase. Suitable systems are known to the person skilled in the art. These include e.g. the LoxP / Cre recombinase system or the FRT / FLP recombinase system (Sauer and Hendersen, Proc. Natl. Acad. Sci. 85 (1988), 5166-5170), the LoxP / Cre system being preferred. It is particularly preferred if the LoxP sites flank exon 11 of the gene coding for the PACAP type I receptor.
Das vorstehend beschriebene Vorgehen eignet sich auch für die Herstellung eines erfindungsgemäßen nicht-menschlichen Säugetiers, bei dem der PACAP-Typ-I-Rezeptor ubiquitär verändert/inaktiviert ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Rekombinase unter der Kontrolle eines nicht- gewebespezifischen Promotors steht; siehe dazu auch die Ausführungen im nachstehenden Beispiel 1. Alternativ kann ein solches erfindungsgemäßes nicht-menschliches Säugetier mit einem ubiquitär veränderten PACAP-Typ-I-Rezeptor auch durch ein Verfahrens erhalten werden, das folgende Schritte umfaßt: (a) Transfektion von embryonalen Stammzellen eines nichtmenschlichen Säugetiers mit einem Vektor, der nach homologer Rekombination mit dem Genom des nichtmenschlichen Säugetiers zur Erzeugung eines für einen veränderten oder inaktivierten PACAP-Typ-I-Rezeptor kodierenden Gens führt;The procedure described above is also suitable for the production of a non-human mammal according to the invention in which the PACAP type I receptor is ubiquitously changed / inactivated. This can be achieved by the recombinase being under the control of a non-tissue-specific promoter; see also the explanations in Example 1 below. Alternatively, such a non-human mammal according to the invention with a ubiquitously modified PACAP type I receptor can also be obtained by a process which comprises the following steps: (a) transfecting embryonic stem cells of a non-human mammal with a vector which, after homologous recombination with the genome of the non-human mammal, leads to the generation of a gene coding for an altered or inactivated PACAP type I receptor;
(b) Isolierung der in Schritt (a) erhaltenen Zellen und Einbringung dieser in Blastozysten;(b) isolating the cells obtained in step (a) and introducing them into blastocysts;
(c) Einführung der injizierten Blastozysten von Schritt (b) in ein nicht-menschliches Säugetier; und(c) introducing the injected blastocysts from step (b) into a non-human mammal; and
(d) Untersuchung des nach Schritt (c) erhaltenen nichtmenschlichen Säugetiers hinsichtlich eines ubiquitär veränderten, insbesondere inaktivierten PACAP-Typ-I- Rezeptors .(d) Examination of the non-human mammal obtained after step (c) for a ubiquitously modified, in particular inactivated, PACAP type I receptor.
Mit dem erfindungsgemäßen nicht-menschlichen Säugetier ist es möglich, die Auswirkungen einer, z.B. gewebespezifischen, Veränderung bzw. Inaktivierung des PACAP-Typ-I-Rezeptors zu untersuchen, beispielsweise hinsichtlich der Veränderung der Expression spezifischer Gene und/oder der damit einhergehenden phänotypischen Besonderheiten. Beispielsweise' hat die ubiquitäre Inaktivierung des PACAP-Typ-I-Rezeptors beträchtliche anxiolytische Wirkungen, d.h., der PACAP-Typ-I- Rezeptor ist an der Entwicklung von Angstzuständen beteiligt. Auch führt eine solche Inaktivierung des PACAP-Typ-Rezeptors zu dilatativer Kardiomyopathie. Die vorderhirnspezifische Inaktivierung führt, genauso wie die ubiquitäre Inaktivierung, zu einem Defizit hinsichtlich des hippocampusabhängigen Assoziationslernens. Ein Vergleich der Genexpression in Tieren, bei denen der PACAP-Typ-I-Rezeptor ubiquitär bzw. nur im Vorderhirn inaktiviert wurde, mit Kontrolltieren, erlaubt somit die Identifizierung von Genen, die an Prozessen, wie Lernen, Schmerz, Ängstlichkeit oder dilatativer Kardiomyopathie, beteiligt sind und ihrerseits Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer Medikamente, z.B. Anxiolytika oder gedächtnisfördernde Therapeutika, sein können. Die Kenntnis dieser Gene und deren Funktion erlaubt dann auch die Entwicklung neuer Ansatzpunkte für die pharmakologische Beeinflussung der vorstehend beschriebenen Prozesse, beispielsweise durch die Bereitstellung von Verbindungen, die die Expression dieser Gene oder die Aktivität der Genprodukte spezifisch beeinflussen. Somit können mit dem erfindungsgemäßen nicht-menschlichen Säugetier nicht nur Gene identifiziert werden, die unter der Kontrolle des PACAP-Typ-I- Rezeptors stehen, sondern darüber hinaus deren Funktion bzw. die durch Störung der Funktion ausgelösten, möglicherweise pathogenen Zustände ermittelt werden. Da der PACAP-Typ-I- Rezeptor besonders für die Weiterleitung des viszeralen Schmerzes, nicht jedoch des somatischen Schmerzes von Bedeutung ist, können sehr selektive Therapeutika, vorzugsweise zur Behandlung des Tumorschmerzes, entwickelt werden, deren Nebenwirkungen deutlich unter denen breiter wirkender Analgetika liegen dürften.With the non-human mammal according to the invention, it is possible to investigate the effects of, for example tissue-specific, change or inactivation of the PACAP type I receptor, for example with regard to the change in the expression of specific genes and / or the associated phenotypic peculiarities. For example, 'has the ubiquitous inactivation of the PACAP type I receptor considerable anxiolytic effects, ie, the PACAP type I receptor is involved in the development of anxiety. Such inactivation of the PACAP-type receptor also leads to dilated cardiomyopathy. Like the ubiquitous inactivation, the forebrain-specific inactivation leads to a deficit in the hippocampus-dependent association learning. A comparison of gene expression in animals in which the PACAP type I receptor was ubiquitously inactivated or only in the forebrain with control animals thus allows the identification of genes that are involved in processes such as learning, pain, anxiety or dilated cardiomyopathy. are involved and can in turn be the starting point for the development of new medicines, e.g. anxiolytics or memory-enhancing therapeutic agents. The knowledge of these genes and their function then allows the development of new approaches for pharmacological Influencing the processes described above, for example by providing compounds which specifically influence the expression of these genes or the activity of the gene products. Thus, with the non-human mammal according to the invention, not only can genes be identified which are under the control of the PACAP type I receptor, but also their function or the possibly pathogenic conditions triggered by a malfunction of the function can be determined. Since the PACAP type I receptor is particularly important for the transmission of visceral pain, but not of somatic pain, very selective therapeutic agents, preferably for the treatment of tumor pain, can be developed, the side effects of which are likely to be significantly lower than those of broader-acting analgesics ,
Somit betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung des nicht-menschlichen Säugetiers zur Charakterisierung von Genen und/oder Testung von Substanzen, Arzneimitteln und/oder Therapieansätzen, die einen Einfluß auf mit Lernfähigkeit, Schmerz, Angstverhalten und dilatativer Kardiomyopathie in Zusammenhang stehenden Prozessen haben, vorzugsweise handelt es sich bei diesen Prozessen um Erkrankungen oder damit in Zusammenhang stehenden Symptomen wie z.B. viszerale Schmerzustände, Lern- oder Gedächtnisschwäche, Angstzustände oder dilatative Kardiomyopathie.Thus, the present invention preferably also relates to the use of the non-human mammal to characterize genes and / or test substances, drugs and / or therapeutic approaches that have an impact on processes related to learning ability, pain, anxiety behavior and dilated cardiomyopathy these processes are diseases or related symptoms such as visceral pain, learning or memory impairment, anxiety or dilated cardiomyopathy.
Kurze Beschreibung der Figuren:Brief description of the figures:
Figur 1: Erzeugung von Mäusen mit einer PACl-Defizienz -Figure 1: Generation of mice with a PACl deficiency -
(a) Organisation des PACl-Gens mit den Exons 7 bis 13: Die Flankierung von Exon 11 mit LoxP-Stellen erfolgte in zwei Schritten. Zuerst wurde das modifizierte Allel durch homologe Rekombination in ES-Zellen erzeugt. Dann wurde durch transiente Expression der Cr e - Rekomb inas e die Selektionskasette entfernt, was zur Erzeugung von PAClloxP und PAC1~-Allelen führte. Schemata des Wildtyp-Genlocus, des Zielvektors und der resultierenden Allele sind gezeigt (schwarze Dreiecke: LoxP; K: Kpnl; X: Xbal; A und B stellen(a) Organization of the PACl gene with exons 7 to 13: Exon 11 was flanked with LoxP sites in two steps. The modified allele was first generated by homologous recombination in ES cells. Then the Cr e was transient expression - Rekomb inas s the Selektionskasette removed, resulting alleles for the production of PACL loxP and PAC1 ~. Schemes of the wild-type gene locus, the Target vectors and the resulting alleles are shown (black triangles: LoxP; K: Kpnl; X: Xbal; A and B represent
Sonden außerhalb der Homologie-Arme dar, die für Southern-Probes outside the homology arms that are for Southern
Blot-Analysen der mit Elektroporation behandelten ES-Zellen verwendet wurden . ) (b,c) RNase-Schutz-Analyse von RNA des gesamten Hirns vomBlot analyzes of the ES cells treated with electroporation were used. ) (b, c) RNase protection analysis of whole brain RNA from
Wildtyp "(wt) und PACl_/"-MäusenWild type " (wt) and PACl _ /" mice
(b) Das 400 bp Wildtyp-Transkript fehlt zwar in PACl"/_- Gehirnen, es ist jedoch ein schwaches 340 bp Fragment nachweisbar, das ein alternativ gespleißtes Transkript darstellt, das zu einem verkürzten Rezeptor-Protein führt.(b) The 400 bp wild-type transcript is missing in PACl "/ _ brains, but a weak 340 bp fragment is detectable, which is an alternatively spliced transcript that leads to a truncated receptor protein.
(c) PACAP-Typ-II-Rezeptoren (VPACl und VPAC2) werden in PACl"7" -Gehirnen nicht hochreguliert (M: lkb-Leiter; GAPDH: Glycerinaldhyd-3-phosphatdehydrogenase) .(c) PACAP type II receptors (VPACl and VPAC2) are not upregulated in PACl "7" brains (M: lkb ladder; GAPDH: glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase).
(d,e,f) In situ-Hybridisierung von Kontroll-, PACl" _- und PAClCaMKCre2-Gehirnen: Im Vergleich zur Kontrolle (d) fehlt PAC1- mRNA im Hippocampus-Bereich von PAClCaMKCre2-Gehirnen (f) fast völlig und ist auch in PACl_/"-Gehirnen (e) nicht nachweisbar.(d, e, f) In situ hybridization of control, PACl "_ and PACl CaMKCre2 brains: Compared to control (d), PAC1 mRNA is almost completely absent in the hippocampus region of PACl CaMKCre2 brains (f) and is also undetectable in PACl _ / " brains (e).
Figur 2: PACl-/"-Mäuse zeigen gesteigerte lokomotorische Aktivität und verringertes AngstverhaltenFigure 2: PACl - / " mice show increased locomotor activity and reduced anxiety behavior
(a) Während des Beobachtungszeitraums von drei Tagen zeigten PACl- "-Mäuse gesteigerte horizontale (p < 0,01) und vertikale lokomotorische Aktivität (p < 0,01). Es sind die Ergebnisse des ersten Beobachtungstags dargestellt.(a) During the three day observation period, PACl - " mice showed increased horizontal (p <0.01) and vertical locomotor activity (p <0.01). The results of the first day of observation are shown.
(b,c,d,e,f) "Open field" -Analysen. Es sind zwei tägliche Beobachtungsperioden über einen Zeitraum von fünf Minuten an zwei aufeinanderfolgenden Tagen dargestellt. PAC1" --Mäuse zeigten gesteigerte lokomotorische Aktivität, was sich aus gesteigerter Allgemeinaktivität (b) ( p < 0,0001}- und verringerter Ruhezeit (c) (p < 0,0001) ergibt. Darüber hinaus sind PAC1"/--Mäuse im Vergleich zu den Wildtyp-Nachkommen weniger ängstlich. Sie verbrachten im zentralen Feld mehr Zeit (d) (p < 0,005) und führten im zentralen Feld mehr Stopps durch (e) (p < 0,001) , auch legten sie im offenen Feld weniger Faeces-Boli ab (f) (p < 0,0005). (g,h) PACl~ _-Mäuse zeigten ein erniedrigtes Zögern hinsichtlich des Betretens der offenen Abschnitte des "elevated zero-maze" (g) (p < 0,01; vier Pfoten außerhalb) und verbrachten mehr Zeit (p < 0,01) in den offenen Abschnitten (h) (vier Pfoten außerhalb) . Wildtyp-Kontrollen (n = 28; offene Balken), PAC1_ " (n = 28; schwarze Balken)(b, c, d, e, f) "Open field" analyzes. Two daily observation periods are shown over a period of five minutes on two consecutive days. PAC1 "- mice showed increased locomotor activity, which results from increased general activity (b) (p <0.0001} - and reduced rest time (c) (p <0.0001). In addition, PAC1 " / - mice less anxious compared to the wild type offspring, they spent more time in the central field (d) (p <0.005) and made more stops in the central field (e) (p <0.001), and they also had fewer faeces in the open field -Boli ab (f) (p <0.0005). (G, h) PACl ~ _ mice showed decreased hesitation regarding entering the open sections of the "elevated zero-maze" (g) (p <0.01; four paws outside) and spent more time (p <0.01) in the open sections (h) (four paws outside) , Wild-type controls (n = 28; open bars), PAC1 _ " (n = 28; black bars)
Figur 3: PACl"/_- und PAClCaMKCrβ2-Mäuse zeigen ein selektives Defizit im hippocampusabhängigen assoziativen LernverhaltenFigure 3: PACl "/ _ - and PACl CaMKCrβ2 mice show a selective deficit in the hippocampus- dependent associative learning behavior
(a) PACl_/~-Mäuse (n = 14 Mutanten, 14 Wildtyp-Tiere; p < 0,005) sowie PAClCaMKCre2-Mäuse (n = 12 Mutanten, 20 Wildtyp- Tiere; p < 0,01) zeigten eine stark verringerte "freezing"- Antwort bei der kontextuellen Angst-Konditionierung, jedoch nicht bei der "cued fear"-Konditionierung [Bitte, falls möglich, deutsche Bezeichnungen angeben.] (24 Stunden-Test) .(a) PACl _ / ~ mice (n = 14 mutants, 14 wild-type animals; p <0.005) and PACl CaMKCre2 mice (n = 12 mutants, 20 wild-type animals; p <0.01) showed a greatly reduced "freezing" - answer for contextual fear conditioning, but not for "cued fear" conditioning [please give German names if possible] (24 hour test).
(b) Im Gegensatz zu PAClCaMKCre2-Mäusen (n = 9 Mutanten, 12 Wildtyp-Tiere) zeigten PACl"/_-Mäuse (n = 14 Mutanten, 13 Wildtyp-Tiere) auch ein Defizit im Kurzzeit-Test der kontextuellen Angst-Konditionierung (p < 0,005). Wildtyp- Kontrollen (leere Balken), PAClCaMKCre2-Mäuse (graue Balken), PACl" ~-Mäuse (schwarze Balken)(b) In contrast to PACl CaMKCre2 mice (n = 9 mutants, 12 wild-type animals), PACl "/ _ mice (n = 14 mutants, 13 wild-type animals) also showed a deficit in the short-term test of contextual anxiety Conditioning (p <0.005). Wild-type controls (empty bars), PACl CaMKCre2 mice (gray bars), PACl "~ mice (black bars)
Figur 4: PACl''" - Mäuse weisen eine dilatative Kardiomyopathie aufFigure 4: PACl " " mice have dilated cardiomyopathy
(a) Etwa 90% der in den C57bl6 Hintergrund zurückgekreuzten PACl" _ - Mäuse verstarben am Tag 8-14. Ferner zeigten diese Mäuse eine progrediente Schwäche und ein Ausbleiben der Gewichtszunahme ab Tag 6.(a) About 90% of the PACl "_ mice crossed back into the C57bl6 background died on day 8-14. Furthermore, these mice showed progressive weakness and no weight gain from day 6.
(b) Desweiteren wiesen diese Mäuse eine dilatative Kardiomyopathie auf, die alle 4 Herzkammern betraf.- Auch zeigten diese Mäuse eine zentroazinöse Leberverfettung.(b) Furthermore, these mice had dilated cardiomyopathy, which affected all 4 ventricles. These mice also showed centroacinous fatty liver.
(c) Darüberhinaus zeigten diese Mäuse eine veränderte Genexpression. Beispielsweise war ANP (atrialer natriuret. Faktor) hoch- und SERCA (sarcoplasmat . Calcium ATPase) unterreguliert (etwa 30-40%) . Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele erläutert.(c) In addition, these mice showed altered gene expression. For example, ANP (atrial natriuret. Factor) was up-regulated and SERCA (sarcoplasmatic calcium ATPase) under-regulated (about 30-40%). The invention is illustrated by the examples below.
Beispiel 1: Allgemeine VerfahrenExample 1: General procedures
(A) Herstellung von transcrenen Mäusen: Der PACl-Lokus in ES- Zellen wurde wie von Gu et al . , (Science 265 (1994), 103-106) beschrieben modifiziert. Der "Targeting"-Vektor wurde von isogener DNA konstruiert (Kaestner et al . , Genomics 20 (1994), 377-385) . Die stromaufwärts gelegene loxP-Stelle wurde mittels überlappender PCR zusammen mit einer zusätzlichen Xbal-Stelle in das Intron eingeführt, das vor Exon 11 lag. Die verwendeten Primer waren wie folgt:(A) Preparation of transcrene mice: The PACl locus in ES cells was as described by Gu et al. , (Science 265 (1994), 103-106). The "targeting" vector was constructed from isogenic DNA (Kaestner et al., Genomics 20 (1994), 377-385). The upstream loxP site was inserted into the intron prior to exon 11 by overlapping PCR along with an additional Xbal site. The primers used were as follows:
Außenprimer 1: 5'- G G A T C C C C A G G A A C C C C - 3'External primer 1: 5'- G G A T C C C C A G G A A C C C C - 3 '
Innenpri er 1: 5' - T C T A G A A T A A C T T C G T A T AInner pri er 1: 5 '- T C T A G A A T A A C T T C G T A T A
A T G T A T G C T A T A C G AAG T T AT T T T G C C C AG GA TA C T C T T A G - 3'A T G T A T G C T A T A C G AAG T T AT T T T G C C C AG GA TA C T C T T A G - 3 '
Außenprimer 2: 5' - A G G G C C T G A G G G C A A G C -External primer 2: 5 '- A G G G C C T G A G G G C A A G C -
3'3 '
Innenprimer 2: 5' - AT AAC T T G C TA TAG CATACInterior primer 2: 5 '- AT AAC T T G C TA TAG CATAC
A T TA TA C GAAG T TA T T C TAGA TGGGGC T TC C T T T T C T TGC - 31 AT TA TA C GAAG T TA TTC TAGA TGGGGC T TC CTTTTCT TGC - 3 1
Der 5' -Homologie-Arm, ein 3,5 kbp-Spel/BamHI-Fragment, das Exons 7 bis 10 des PACl-Gens trägt (alle verwendeten DNA- Fragmente stammen von einem genomischen λ-Phagen 18, der aus einer genomischen Bibliothek isoliert wurde (Kastner et al., Genomics 20 (1994), 377-385)), wurde in den "Bluescript"- Vektor Bluescript IIKS+" (Stratagene) subkloniert und mit dem 0,35 kbp-BamHI/Hindlll-Fragment fusioniert, das" die stromaufwärts gelegene loxP-Stelle und Exon 11 umfaßt. Die von zwei loxP-Stellen flankierte Selektionskassette wurde stromabwärts des BamHI/Hindlll-Fragments unter Verwendung einer Hindlll/Xhol-Spaltung eingeführt. Schließlich wurde der 3 '-Homologie-Arm, ein 4,5 kbp-Hindlll-Fragment, zuerst in den "Bluescript"-Vektor Bluescript IIKKS+" (supra) subkloniert, der innerhalb einer zerstörten Sacl-Stelle eine zweite Xhol- Stelle beherbergte, danach über Xhol-Spaltung ausgeschnitten und in die Xhol-Stelle des "Targeting"-Konstrukts subkloniert. Damit wurden ES-Zellen und Klone in Gegenwart von G418 (350 μg/ml) selektiert. G418-resistente Klone wurden mittels Southern-Blot analysiert, wobei Sonden außerhalb der Homologie-Arme verwendet wurden. Die 5 ' -Sonde stellt ein 500bp großer Pstl-Spel Fragment dar, welches direkt an den 5 ' - Homologiearm anschließt. Die 3 ' -Sonde ist ein 350 bg großes Hindlll-Fragment, welches direkt an den 3 ' -Homologiearm anschließt. Die Häufigkeit der homologen Rekombination betrug 12%. Homolog rekombinierte Klone wurden transient mit einem Cre-Expressionsplasmid pHD2 (von F. Weih, DKFZ, Heidelberg, Deutschland bereitgestellt) ( 20 μg) transient transfiziert und Subklone in Gegenwart von Gancyclovir (1 μM) selektiert. Die das PAC1_-- oder PAClCaMKCre2-Allel tragenden Mäuse wurden mittels Blastozysten-Injektion (Hogan et al . , Manipulating the Mouse Embryo; Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994) erhalten.The 5 'homology arm, a 3.5 kbp Spel / BamHI fragment, which carries exons 7 to 10 of the PACl gene (all DNA fragments used come from a genomic λ phage 18, which is from a genomic library was isolated (Kastner et al., Genomics 20 (1994), 377-385)), was subcloned into the "Bluescript" vector Bluescript IIKS + " (Stratagene) and fused with the 0.35 kbp BamHI / HindIII fragment , the "includes the upstream loxP site and exon. 11 The selection cassette flanked by two loxP sites was inserted downstream of the BamHI / Hindlll fragment using a Hindlll / Xhol cleavage. Finally, the 3 'homology arm, a 4.5 kbp HindIII fragment, was first subcloned into the "Bluescript" vector Bluescript IIKKS + " (supra), which within a destroyed Sacl site a second Xhol- Harbored site, then cut via Xhol cleavage and subcloned into the Xhol site of the "targeting" construct. It was used to select ES cells and clones in the presence of G418 (350 μg / ml). G418-resistant clones were analyzed by Southern blot using probes outside the homology arms. The 5 'probe represents a 500 bp Pstl-Spel fragment which connects directly to the 5' homology arm. The 3 'probe is a 350 bg HindIII fragment which connects directly to the 3' homology arm. The frequency of homologous recombination was 12%. Homologously recombined clones were transiently transfected with a Cre expression plasmid pHD2 (provided by F. Weih, DKFZ, Heidelberg, Germany) (20 μg) and subclones were selected in the presence of gancyclovir (1 μM). Which the PAC 1 _ - or PACL CaMKCre2 allele bearing mice were analyzed by blastocyst injection (Hogan et al, Manipulating the Mouse Embryo; Cold Spring Harbor Laboratory Press., 1994) were obtained.
Zur Erzeugung von CaMKCre2-Mäusen wurde nlsCre in einen CaMKIl -Vektor wie kürzlich beschrieben kloniert {.Kellendonk et al., J. Mol. Biol. 285 (1999), 175-182). Linearisierte pMM403-Cre-Insertions-DNA wurde in die Pronuclei von C57BI/6 Oozyten (Kellendonk et al . , J. Mol. Biol. 285 (1999), 175-182) injiziert und es wurden verschiedene transgene Linien erhalten. In der CaMKCre2-Linie wurde das Expressionsmuster der Cre-Rekombinase unter Verwendung eines anti-Cre- Rekombinase-Antikörpers definiert (Kellendonk et al . , J. Mol. Biol. 285 (1999), 175-182). In 30% der PACCaMKCre2-Mäuse wurde eine Mosaik-Inaktivierung des Cre-Rekombinase-Transgens beobachtet. Diese Mäuse wurden post mortem durch Anfärbung mit anti-Cre-Rekombinase-Antikörpern identifiziert und von weiteren Experimenten ausgeschlossen.To generate CaMKCre2 mice, nlsCre was cloned into a CaMKIl vector as described recently {.Kellendonk et al., J. Mol. Biol. 285 (1999), 175-182). Linearized pMM403-Cre insertion DNA was injected into the pronuclei of C57BI / 6 oocytes (Kellendonk et al., J. Mol. Biol. 285 (1999), 175-182) and various transgenic lines were obtained. In the CaMKCre2 line, the expression pattern of the Cre recombinase was defined using an anti-Cre recombinase antibody (Kellendonk et al., J. Mol. Biol. 285 (1999), 175-182). Mosaic inactivation of the Cre recombinase transgene was observed in 30% of the PAC CaMKCre2 mice. These mice were identified post mortem by staining with anti-Cre recombinase antibodies and excluded from further experiments.
(B) RNase-Schutz-Analysen und in situ-Hvbridisieruncr: RNase- Schutz-Analysen und in situ-Hybridisierung wurden wie kürzlich beschrieben durchgeführt (Otto et al . , Mol. Brain Res . .66(B) RNase protection analyzes and in situ hybridization: RNase protection analyzes and in situ hybridization were carried out as described recently (Otto et al., Mol. Brain Res. .66
(1999) , 163-174) . Folgende Sonden wurden für die RNase-Schutz- Analysen verwendet: PACl (nt 1308 - 1644 der murinen PACl- cDNA; Hashimoto et al . , Biochim. Biophys . Acta 1281 (1996), 129-133), VPAC1 (nt 1 - 232 der murinen VPACl-cDNA; Johnson et al., J. Neuroimmunol . 68 (1996), 109-119), und VPAC2 (nt 106 - 446 der murinen VPAC2-CDNA; Inagaki et al . , Proc. Natl. Acad. Sei. USA 91 (1994), 2679-2683).(1999), 163-174). The following probes were used for the RNase protection analyzes: PACl (nt 1308-1644 of the murine PACl- cDNA; Hashimoto et al. , Biochim. Biophys. Acta 1281 (1996), 129-133), VPAC1 (nt 1--232 of the murine VPACl cDNA; Johnson et al., J. Neuroimmunol. 68 (1996), 109-119), and VPAC2 (nt 106-446 of murine VPAC2-CDNA; Inagaki et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91 (1994), 2679-2683).
(C) VerhaltensStudien: Mutantenmäuse und Kontrollmäuse "wurden hinsichtlich Geschlecht und Alter aufeinander abgestimmt und die Tiere eines Wurfes zusammen untergebracht. Die folgenden Verhaltensstudien wurden durchgeführt: Test bezüglich lokomotorischer Aktivität (Maldonado et al . , Proc. Natl. Acad. Sei. USA 96 (1999), 14094-14099); "elevated zero-maze" (Tronche et al . , Nature Genet. .96 (1999), 99-103); "elevated radial maze" (Maldonado et al . , Proc. Natl. Acad. Sei. USA 96. (1999), 14094-14099); "Hell/Dunkel-Box" (Tronche' et al . , Nature Genet. 96. (1999), 99-103); "open field"-Test (Leittinger et al . , Behav. Genet. 24 (1994), 273-284); "morris water maze", "social transmission of food preference" und "fear conditioning" (Gass et al . , Learn Mem. 5 (1998), 274- 288) . Zur Beurteilung der allgemeinen lokomotorischen Aktivität und des mit Angst in Zusammenhang ' stehenden Verhaltens wurden verschiedene Gruppen von Mäusen in drei unterschiedlichen Labors/Ländern untersucht. Die Ergebnisse waren hochreproduzierbar und wurden mit dem Student T-Test und ANOVA analysiert. Die Ergebnisse sind als Mittelwerte ± Standardabweichung dargestellt. Zum direkten Vergleich der beiden Mutantenmäusestämme wurden alle Experimente dieser Studie mit dem gleichen genetischen Hintergrund (75% C75BI/6 / 25% 129 Ola) durchgeführt.(C) Behavioral studies: Mutant mice and control mice " were matched in terms of sex and age and the animals of a litter were housed together. The following behavioral studies were carried out: Locomotor activity test (Maldonado et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96 (1999), 14094-14099); "elevated zero-maze" (Tronche et al., Nature Genet. .96 (1999), 99-103); "elevated radial maze" (Maldonado et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96. (1999), 14094-14099); "light / dark box" (Tronche 'et al., Nature Genet. 96. (1999), 99-103); "open field" test (Leittinger et al., Behav. Genet. 24 (1994), 273-284); "morris water maze", "social transmission of food preference" and "fear conditioning" (Gass et al., Learn Mem. 5 (1998 ), 274- 288). to assess the general locomotor activity and 'standing with anxiety related behavior different groups of mice in three different laboratories / countries were unt he seeks. The results were highly reproducible and were analyzed using the Student T-Test and ANOVA. The results are presented as mean values ± standard deviation. To directly compare the two mutant mouse strains, all experiments in this study were carried out with the same genetic background (75% C75BI / 6/25% 129 Ola).
Beispiel 2: Untersuchungen zur fehlenden Expression von PACl in den in Beispiel 1 erhaltenen MutantenmäusenExample 2: Studies on the lack of expression of PACl in the mutant mice obtained in Example 1
Die Mutantenmäuse wurden gemäß vorstehendem Beispiel 1 hergestellt. Dabei wurde Exon 11, das für den größten Teil der Transmembran-Domäne IV des Rezeptorproteins kodiert, zur Inaktivierung aller bisher bekannten Spleißvarianten von PACl inaktiviert. Nach homologer Rekombination in embryonalen Stammzellen (ES) wurden zwei unterschiedliche PACl-Allele erzeugt (Figur la) . Das PAC1"-Allel mit fehlendem Exon 11 wurde zur Erzeugung von PACl"/_-Mäusen mit einer ubiquitären Inaktivierung von PACl in Blastozysten injiziert. Im PAClloxP- Allel war Exon 11 von zwei loxP-Erkennungsstellen für die Rekombinase-gesteuerte Exzision der dazwischenliegenden DNA- Sequenz flankiert (Figur la) . PAClloxP wird somit in jeder Zelle, die die Rekombinase exprimiert, inaktiviert. Für PAClloxP homozygote Mäuse erscheinen normal und die Expression der PACl-mRNA ist mit der von Wildty -Mäusen identisch. Zur Erzeugung der Mutanten-Mäuse mit einer vorderhirnspezifischen Inaktivierung von PACl (PAClloxp1°xp CaMKCre2, abgekürzt PAClCaMKCre2) , wurden PAClloxP-Mäuse mit transgenen Mäusen (CaMKCre-Mäusen) gekreuzt, die Cre-Rekombinase unter Kontrolle des CaMKIlcc-Promotors exprimieren.The mutant mice were produced according to Example 1 above. Exon 11, which codes for most of the transmembrane domain IV of the receptor protein, was used to inactivate all previously known splice variants of PACl inactivated. After homologous recombination in embryonic stem cells (ES), two different PACl alleles were generated (Figure la). The PAC1 " allele with missing exon 11 was injected into blastocysts to produce PACl " / _ mice with ubiquitous inactivation of PACl. In the PACl loxP allele, exon 11 was flanked by two loxP recognition sites for the recombinase-controlled excision of the DNA sequence in between (FIG. 1 a). PACl loxP is thus inactivated in every cell that expresses the recombinase. PACl loxP homozygous mice appear normal and the expression of the PACl mRNA is identical to that of Wildty mice. To generate the mutant mice with a forebrain-specific inactivation of PACl (PACl loxp1 ° xp CaMKCre2, abbreviated to PACl CaMKCre2 ), PACl loxP mice were crossed with transgenic mice (CaMKCre mice), the Cre recombinase expressing under the control of the CaMotKI promoter ,
PAClCaMKCre -Mäuse zeigen, entsprechend des Expressionsmusters für Cre-Rekombinase, eine Inaktivierung von PACl hauptsächlich in drei Hirnbereichen, den Riechkolben, den Rindenberichen des Vorderhirns und dem gezähnten Gyrus (Figur If) . Im Gegensatz dazu zeigten PAC1"--Mäuse eine ubiquitäre Inaktivierung von PACl. Dabei fehlen Wildtyp-Transkripte von PACl vollständig (Figur lb,e). Anstelle davon ist in PAC1"/--Hirnen ein alternativ gespeißtes Transkript nachweisbar, das 8% der Wildtyp-RNA-Spiegel erreicht (Figur lb) . Die Sequenzierung dieses Transkripts offenbarte ein alternatives Spleißen von Exon 11 zu Exon 12, was zu einer Leserahmenverschiebung mit der Entstehung eines darauffolgenden Stopcodons und dadurch zu einem verkürzten Rezeptorprotein führt, das aufgrund des Fehlens des dritten intrazellulären Loops G-Proteine nicht mehr koppeln kann. Interessanterweise wurden die anderen, zu der Klasse der PACAP-Typ-II-Rezeptoren zu zählenden PACAP- Rezeptoren VPAC1 und VPAC2 nicht hochreguliert (Figur lc) . Zum Zeitpunkt der Entwöhnung fanden sich PAClCaMKCre2-Mäuse zu einem erwarteten Mendelschen Verhältnis (n = 381) , während PAC1"/--Mäuse nur mit einer Häufigkeit von 19% (anstelle von 25%) (n = 589) zu finden waren. Beide Mutantentypen waren fertil, erschienen gesund und waren auf den ersten Blick von ihren Wildtyp-Geschwistern nicht unterscheidbar. Die histologische Untersuchung der Organe von beiden Mutanten- Mauslinien ergab keine pathologischen Anomalien. Insbesondere wurden innerhalb der Hippocampus-Formation weder neuronale Proliferations- oder Differenzierungsdefekte noch "mossy fibre" (Moosfaser) -Anomalien gefunden. Die neurologischen Untersuchungen, zu denen Tests auf einer heißen Platte sowie Tests der Reflexe, der motorischen Stärke und Koordination ("rotarod") zählten, ergaben keine Defizite hinsichtlich sensorischer oder motorischer Fähigkeiten.PACl CaMKCre mice show, according to the expression pattern for Cre recombinase, inactivation of PACl mainly in three brain areas, the olfactory bulb, the cortex areas of the forebrain and the toothed gyrus (Figure If). In contrast, PAC1 "- mice showed ubiquitous inactivation of PACl. Wild-type transcripts of PACl are completely missing (FIG. 1b, e). Instead, an alternatively fed transcript is detectable in PAC1 " / - brains, which 8% of the Wild-type RNA level reached (Figure lb). The sequencing of this transcript revealed an alternative splicing from exon 11 to exon 12, which leads to a reading frame shift with the formation of a subsequent stop codon and thereby to a shortened receptor protein which, due to the lack of the third intracellular loop, can no longer couple G proteins. Interestingly, the other PACAP receptors VPAC1 and VPAC2, which belong to the class of PACAP type II receptors, were not upregulated (FIG. 1c). At the time of weaning, PACl CaMKCre2 mice were found to have an expected Mendelian ratio (n = 381), while PAC1 "/ - mice were only found with a frequency of 19% (instead of 25%) (n = 589). Both types of mutants were fertile, appeared healthy, and were at first sight of indistinguishable from their wild-type siblings. Histological examination of the organs from both mutant mouse lines revealed no pathological abnormalities. In particular, neither neuronal proliferation or differentiation defects nor "mossy fiber" (moss fiber) anomalies were found within the hippocampus formation. The neurological examinations, which included tests on a hot plate and tests of reflexes, motor strength and coordination ("rotarod"), revealed no deficits in terms of sensory or motor skills.
Beispiel 3: Verhaltensstudien (I): Hinsichtlich lokomotorischer Aktivität und AngstverhaltenExample 3: Behavioral studies (I): With regard to locomotor activity and anxiety behavior
Aufgrund der hauptsächlichen Expression von PACl im Zentralnervensystem waren vor allem VerhaltensStudien von Interesse. PAC_/"-Mäuse jedoch nicht PAClCaMKCre2-Mäuse zeigten sowohl eine gesteigerte lokomotorische Aktivität und ein gesteigertes exploratives Verhalten als auch ein stark verringertes Angstverhalten (Figur 2). In einer fast vollständig dunklen, nicht mit Streß verbundenen Umgebung war die spontane lokomotorische Aktivität von PAC_ "-Mäύsen sowohl in horizontalen als auch vertikalen Richtungen eindeutig verstärkt (Figur 2a) . Selbst unter mit Streß verbundenen Bedingungen in dem hell erleuchteten offenen Feld waren PAC- ~- Mäuse aktiver (Figur 2b) . Sie wanderten im Vergleich zu den Kontroll-Mäusen längere Strecken, bewegten sich schneller, untersuchten den offenen Bereich ausführlicher und absolvierten weniger Ruhepausen (Figur 2c) . Außerdem waren die PAC-/"-Mäuse im Vergleich zu ihren Wildtyp-Geschwistern weniger ängstlich, was anhand der im Zentrum verbrachten GesamtzeitBecause of the main expression of PACl in the central nervous system, behavioral studies were of particular interest. PAC _ / " mice but not PACl CaMKCre2 mice showed both an increased locomotor activity and an increased exploratory behavior as well as a strongly reduced fear behavior (FIG. 2). The spontaneous locomotor activity was in an almost completely dark, unrelated environment of PAC _ " -Mäύsen clearly reinforced in both horizontal and vertical directions (Figure 2a). Even under stress-related conditions in the brightly lit open field, PAC - ~ mice were more active (Figure 2b). Compared to the control mice, they walked longer distances, moved faster, examined the open area in more detail and took fewer breaks (Figure 2c). In addition, the PAC - / " mice were less anxious compared to their wild-type siblings, based on the total time spent in the center
(Figur 2d) oder der Menge an Stopps im Zentrum des of-fenen Felds (Figur 2e) belegt wird. Im Gegensatz dazu bevorzugten die Kontroll-Tiere das Verbleiben in engem Wandkontakt und sie versuchten, den Aufenthalt im zentralen Feld zu vermeiden(Figure 2d) or the amount of stops in the center of the open field (Figure 2e) is occupied. In contrast, the control animals preferred to remain in close contact with the wall and tried to avoid staying in the central field
(Figur 2e) . Da die Defäkation unter Streßbedingungen eines der sichersten Anzeichen von Angst ist, ist die stark verringerte Menge an faekalen Boli, die von den PAC"/_-Mäusen im offenen Feld abgelegt wurden (Figur 2f) in Übereinstimmung mit dem verringerten Angstverhalten dieser Mäuse. Das verringerte Angstverhalten der PAC"/--Mäuse wurde außerdem durch drei das Verhalten untersuchende Paradigmen weiter bestätigt, die auf dem natürlichen Vermeidungsverhalten von Mäusen beruhen: "elevated zero-maze", "Hell/Dunkel-Box" und "elevated zero- maze" (Figur 2g,h,). Im Vergleich zu den Kontrolltieren betraten PAC- "-Mäuse die offenen Bereiche des "elevated zero- maze" früher mit allen vier Pfoten (Figur 2g) , öfter und sie verbrachten dort auch mehr Zeit (Figur 2h) . Es wurde zwar berichtet, dass Hippocampus-Schäden zu einer Hyperaktivität führen, die in den PAC-/"-Mäusen beobachtete erhöhte lokomotorische Aktivität und das verringerte Angstverhalten beruhen jedoch höchstwahrscheinlich nicht auf einer Hippocampus-Inaktivierung von PACl, da PACCaMKCre2-Mäuse mit einer fast vollständigen Inaktivierung von PACl im Hippocampus (Figur lf) keinen vergleichbaren Phänotyp zeigten. Andere Strukturen, die am mit Angst in Beziehung stehenden Verhalten beteiligt sind, sind die Amygdala, das "periaqueductal gray" (zentrales grau) und das laterale Septu . Diese zeigten alle eine starke Expression von PACl, der Rezeptor war in diesen Bereichen allderings nur bei den PAC_"-Mäusen inaktiviert und nicht bei den PACCaMKCre2-Mäusen, was die beobachteten Unterschiede im Phänotyp erklären könnte.(Figure 2e). Since defecation under stress conditions is one of the safest signs of anxiety, the greatly reduced amount of faecal boluses that were placed in the open field by the PAC "/ _ mice (Figure 2f) is in accordance with the decreased anxiety behavior in these mice. The reduced anxiety behavior of the PAC "/ - mice was further confirmed by three behavioral paradigms based on the natural avoidance behavior of mice:" elevated zero-maze "," light / dark box "and" elevated zero-maze "(FIG. 2g, h,). In comparison to the control animals, PAC -" mice used to enter the open areas of the "elevated zero-maze" earlier with all four paws (FIG. 2g), and they also spent more time there (FIG 2h). While hippocampal damage has been reported to result in hyperactivity, the increased locomotor activity and decreased anxiety behavior seen in the PAC - / " mice are most likely not due to hippocampal inactivation of PACl, since PAC CaMKCre2 mice with a almost complete inactivation of PACl in the hippocampus (Figure 1f) did not show a comparable phenotype, and other structures involved in anxiety-related behavior include the amygdala, the "periaqueductal gray" and the lateral septu all strong expression of PACl, the receptor was however inactivated in these areas only in the PAC_ " mice and not in the PAC CaMKCre2 mice, which could explain the observed differences in the phenotype.
Beispiel 4: Verhaltensstudien (II): Hinsichtlich LernverhaltenExample 4: Behavioral studies (II): With regard to learning behavior
Bei zwei hippocampusabhängigen Aufgaben, die das deklarative Lernen und das Gedächtnis nachbilden, das "Morris water maze" und die "social transmission of food preference" wurden keine Defizite beobachtet. Da die Hippocampus-Expression von PACl fast ausschließlich auf die " ossy fibre"-Synapsen beschränkt ist, ist das Ausbleiben von Defiziten hinsichtlich des räumlichen Lernens in den Mutanten-Mäusen keineswegs überraschend. Im Gegensatz zu der Synapse zwischen CA3 und CA1 scheinen die "mossy fibre"-Synapsen für das räumliche Lernen weniger wichtig zu sein. Der größte Teil der räumlichen Information wird vermutlich direkt von der entorhinalen Rinde zu pyramidalen Zellen von CA3 und CAl übertragen, wobei die "mossy f ibre"-Synapse umgangen wird und nicht der traditionelle trisynaptische Kreislauf beschritten wird. Beide Mausmutanten zeigten ein selektives Defizit im hippocampusabhängigen Assoziationslernen. Sowohl PAC"/--Mäuse als auch PACCaMKCre2-Mäuse zeigten eine drastische Verringerung der "freezing"-Antwort im Langzeittest der kontextuellen Konditionierung, jedoch nicht bei der "cued fear"- Konditionierung (Figur3a) . Aufgrund dieser Ergebnisse, d.h. der Angstkonditionierung hinsichtlich des Tones, und der bisher beobachteten Rolle des Hippocampus hinsichtlich dieser Konditionierungen wird davon ausgegangen, dass die beeinträchtigte "freezing" -Antwort im Langzeittest der kontextuellen Furchtkonditionierung ein hippocampusabhängiges Defizit hinsichtlich des Lernverhaltens wiederspiegelt. Hirnbereiche mit einer vollständigen Inaktivierung von PACl sowohl bei PAC_/"-Mäusen als auch PACCaMKCre2-Mäusen sind der gezähnte Gyrus und Neokortex-Bereiche des Vorderhirns . Da Läsionen des Neokortex die kontextuelle Angstkonditionierung nicht beeinträchtigten, scheint die präsynaptische PAC1- vermittelte Signalübertragung an der "mossy fibre"-Synapse eine kritische Rolle für die Festigung der kontextuellen Angst im Langzeitgedächtnis zu spielen. Im Gegensatz zu pvcCaMKCre2- Mäusen zeigten PAC"/_-Mäuse ein Defizit beim Hippocampus- abhängigeKurzzeittest hinsichtlich der Konditionierung der kontextuellen Angst (Figur 3b) . Dieser Befund steht in Übereinstimmung mit der früheren und ubiquitären Inaktivierung von PACl in diesen Mutanten.No deficits were observed in two hippocampus-dependent tasks that simulate declarative learning and memory, the "Morris water maze" and the "social transmission of food preference". Since the hippocampus expression of PACl is almost exclusively restricted to the "ossy fiber" synapses, the lack of spatial learning deficits in the mutant mice is by no means surprising. In contrast to the synapse between CA3 and CA1, the "mossy fiber" synapses seem to be less important for spatial learning. Most of the spatial information is believed to be transmitted directly from the entorhinal cortex to pyramidal cells from CA3 and CAl, the "mossy f ibre" synapse is avoided and the traditional trisynaptic cycle is not followed. Both mouse mutants showed a selective deficit in the hippocampus-dependent association learning. Both PAC "/ - mice and PAC CaMKCre2 mice showed a drastic reduction in the" freezing "response in the long-term test of contextual conditioning, but not in the" cued fear "conditioning (Figure 3a). Based on these results, ie the fear conditioning in terms of sound, and the previously observed role of the hippocampus in terms of conditioning, it is assumed that the impaired "freezing" response in the long-term test of contextual fear conditioning, a hippocampus-dependent deficit reflects in terms of learning behavior brain areas with a complete inactivation of PACL both PAC _. / " Mice as well as PAC CaMKCre2 mice are the serrated gyrus and neocortex areas of the forebrain. Since lesions of the neocortex did not affect the contextual anxiety conditioning, the presynaptic PAC1-mediated signal transmission at the "mossy fiber" synapse seems to play a critical role for the consolidation of the contextual anxiety in long-term memory. In contrast to pvc CaMKCre2 mice, PAC "/ _ mice were deficient in the hippocampus-dependent short-term test regarding the conditioning of contextual anxiety (Figure 3b). This finding is consistent with the previous and ubiquitous inactivation of PACl in these mutants.
Beispiel 5: Untersuchungen hinsichtlich dilatativer KardiomyopathieExample 5: Investigations regarding dilated cardiomyopathy
PACl"7- - Mäuse wurden in den C57bl6 Hintergrund zurückgekreuzt und es wurde eine phänotypische und genotypische Analyse der Mäuse durchgeführt. Es zeigte sich, daß 90% der Mäuse am Tag 8-14 verstarben. Ferner zeigten die Mäuse eine progrediente Schwäche und ein Ausbleiben der Gewichtszunahme ab Tag 6 nach der Geburt (Figur 4(a)). Desweiteren zeigten die Mäuse eine dilatative Kardiomyopathie, die alle 4 Herzkammern betraf. Auch wiesen die Mäuse eine hierzu passende zentroazinäre Leberverfettung auf, wie man sie bei einer Hypoxämie erwarten würde, und die hier durch die reduzierte Pumpleistung des Herzens bedingt ist (Figur 4 (b) ) . Auf molekularer Ebene wurde eine für das insuffiziente Herz typische Veränderung der Genexpression bzgl . ANP (Hochregulierung) und SERCA (Unterregulierung) beobachtet. PACl " 7- mice were crossed back into the C57bl6 background and phenotypic and genotypic analysis of the mice was performed. It was found that 90% of the mice died on day 8-14. Furthermore, the mice showed progressive weakness and absence the weight gain from day 6 after birth (Figure 4 (a)) and the mice also showed dilated cardiomyopathy affecting all 4 ventricles. The mice also had a suitable centroacinar fatty liver, as would be expected in hypoxemia, which is due to the reduced pumping power of the heart (FIG. 4 (b)). At the molecular level, a change in gene expression with respect to ANP (up-regulation) and SERCA (under-regulation) observed.
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