WO2005098030A2 - Method for the identification of fungicidally-effective compounds based on thioredoxin reductases - Google Patents
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- G01N2333/37—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from fungi
Definitions
- the invention relates to a method for identifying fungicides, the use of fungal thioredoxin reductase to identify fungicides, and the use of inhibitors of thioredoxin reductase as fungicides.
- fungicides are often sought in essential biosynthetic pathways. Ideal fungicides continue to be substances that inhibit gene products that are crucial
- the object of the present invention was therefore to identify a suitable new point of attack for potential fungicidal active substances and to make them accessible, and a method for . To make available, which enables the identification of modulators of this point of attack, which can then be used as fungicides.
- Thioredoxin reductase (EC 1.8.1.9, formerly EC 1.6.4.5), also known as NADP-thioredoxin reductase, NADPH-thioredoxin reductase or thioredoxin: NADP + -oxidoreductase, catalyzes the reaction of NADP + and thioredoxin to thio-edoxin-disulfide NADPH + ⁇ ( Figure 1).
- the reaction of thioredoxin reductase is an essential step in the recycling of the oxidized form of thioredoxin (disulfide form), which provides the cell with reduced thioredoxin.
- the cytoplasmic thioredoxin reductase - hereinafter also referred to as TRR - belongs to class II of pyridine nucleotide disulfide oxido eductases.
- the enzyme recycles the oxidized form of thioredoxin and provides the cell with reduced thioredoxin. TRR is therefore important for maintaining redox homeostasis in the cell.
- Thioredoxins themselves are small, highly conserved oxidoreductases that contain two conserved cysteine residues in the active center.
- Thioredoxins are best characterized as antioxidants against reactive oxygen species, but their functions also include protection against reductive stress. It is believed that they also play a role in a variety of other cellular processes, such as protein folding and its regulation, the repair of oxidatively damaged proteins and in the sulfur metabolism.
- Bacterial and fungal thioredoxin reductases are flavoenzymes and exist as homodimers. They contain a FAD cofactor and a pair of redox-active Cys groups
- Genes for the thioredoxin reductase were cloned from various organisms, including from different fungi such as Saccharomyces cerevisiae (Swissprot Accession No .: P38816), Schizosaccharomyces pom.be (Swissprot Accession No .: Q92375), Neurospora crassa (Swissprot Accession No.
- P51978 Pneumocystis carinii (Swissprot Accession No .: Q7Z7S3), Pneumocystis jiroveci (Swissprot Accession No .: Q8J0U0) or Penicillium chrysogenum (Swissprot Accession No .: P43496).
- the sequence similarities are significant within the eukaryotic classes. In contrast, thioredoxin reductases from phytopathogenic fungi have so far not become known.
- the object of the present invention was to identify new points of attack by fungicides in fungi, in particular in phytopathogenic fungi, and to make methods accessible in which inhibitors of such a point of attack or polypeptide can be identified and tested for their fungicidal properties.
- the object was achieved by isolating the nucleic acid coding for thioredoxin reductase from a phytopathogenic fungus, the polypeptide encoded therefrom, and a method using which
- Inhibitors of this enzyme can be determined.
- the inhibitors identified with this method can be used against fungi in vivo. Description of the pictures
- Figure 1 Schematic representation of the reduction of thioredoxin in its disulfide form to thioredoxin with free SH groups catalyzed by the thioredoxin reductase.
- NADP + H + is converted to NADP + .
- FIG. 2 Sequence alignment of the amino acid sequence of thioredoxin reductases from various fungi. The homologous areas between the thioredoxin reductases are shown. In the sequences continue to the Prosite motif amino acids were appropriate for thioredoxin reductases '' marked.
- Yeastl and Yeast2 Saccharomyces cerevisiae.
- PNEUCA Pneumocycstis carinii.
- PNEUJI Pneumocystis jiroveci.
- POMBE Saccharomyces pombe.
- NEUCR Neurospora crassa.
- PENCH Penicillium chrysogenum.
- Ustilago Ustilago maydis.
- FIG. 3 SDS gel. The expression and purification of TRR1 from U. maydis was monitored using SDS gels (A) to (C). Lane 1: non-induced E. coli cells. Lane 2: is.co/z cells after induction. Lane 3: Precipitation after cell disruption. Lane 4: supernatant after cell disruption. Lane 5: wash fraction from the Ni-NTA column. Lane 6: Elution fraction after the Ni-NTA column. Lane 7: fraction after the PD-10 column. M: 10 kDa protein standard.
- FIG. 4 SDS gel. The heterologous expression and purification of thioredoxin, the substrate of thioredoxin reductase, was monitored using SDS gels (A) to (D). Lane 1: uninduced E. co / z ' cells. Lane 2: E. co / z cells after induction. Lane 3: Precipitation after cell disruption. Lane 4: supernatant after cell disruption. Lane 5: wash fraction from the Ni-NTA column. Lane 6: Elution fraction from the Ni-NTA column. Lane 7: fraction after the PD-10 column. M: 10 kDa protein standard. Gel (D) shows samples of the individual thioredoxin purifications.
- FIG. 5 Graphical representation of the kinetics of the NADPH decrease in an activity test for the thioredoxin reductase.
- the enzymatic activity of thioredoxin reductase (TRR1) is determined based on the consumption of NADPH.
- TRR1 thioredoxin reductase
- the decrease in NADPH was investigated in 16 batches based on the change in fluorescence (excitation at 360 nm, emission at 465 nm) as a function of time ( ⁇ ).
- the same preparation conditions were used as a control in the absence of the enzyme ( ⁇ ).
- the kinetics show one due to the enymatic activity of the TRR, almost linear decrease in the fluorescence yield within 35-40 min, which then changes into a plateau area.
- Figure 6 Lineweaver-Burk plot for determining the K value of thioredoxin (A) and NADPH (B).
- V n ⁇ ax and K M can then be read as the abscissa and ordinate sections 1 / V max and 1 / K M, respectively.
- the K M value for E. co / z ' thioredoxin is 5 ⁇ M
- the K M value for NADPH is between 20 and 40 ⁇ M.
- FIG. 7 Graphical representation of the decrease in the activity of thioredoxin reductase (TRR1) in the presence of an inhibitor.
- TRR1 thioredoxin reductase
- the activity of TRR1 was measured by determining the NADPH concentration over time. A smaller decrease in the NADPH concentration indicates a lower or inhibited enzymatic reaction of the TRR1.
- the measurements were carried out in the presence of different concentrations of n-ethylmaleimide. The concentrations used are given in the legend.
- O.I. stands for the reaction in the absence of the inhibitor, i.e. the uninhibited reaction (negative control).
- SEQ ID NO: 1 nucleic acid sequence coding for the thioredoxin reductase from Ustilago maydis.
- identity is to be understood as the number of matching amino acids (identity) with other proteins, expressed in percent.
- the identity is preferably determined by comparing a given sequence to other proteins with the aid of computer programs. If sequences which are compared with one another have different lengths, the identity is to be determined in such a way that the number of amino acids which the shorter sequence has in common with the longer sequence determines the percentage of identity.
- the identity can be established by means of known computer programs available to the public, e.g. ClustalW (Thompson et al., Nucleic Acids Research 22 (1994), 4673-4680). ClustalW is e.g.
- ClustalW can also be accessed from various websites, including at the IGBMC (Institut de Genetique et de Biologie Moleisme et Cellulaire, BP163, 67404 Illkirch Cedex, France; ftp://ftp-igbmc.u-strasbg.fr/pub/) and at the EBI (ftp: //ftp.ebi .ac.uk / pub / software /) and from all mirrored websites of the EBI (European Bioinfo matics Institute, Wellcome Trust Genome Campus, Hinxton, Cambridge CB10 1SD, K). If the ClustalW computer program version 1.8 is used to establish the identity between e.g.
- sequence database searches one or more sequences are specified as a so-called query. This query sequence is then compared using statistical computer programs with sequences that are contained in the selected databases. Such database queries (“blast searches”) are known to the person skilled in the art and can be carried out at various providers. If such a database query e.g.
- a protein according to the invention should therefore be understood in connection with the present invention to mean those proteins which when using at least one of the methods described above for identity determination have an identity of at least 70%, preferably of at least 75%, particularly preferably of at least 80%, more preferably of at least 85%, and in particular of at least 90%.
- Thioredoxin reductase which is encoded by a complete coding region of a transcription unit, comprising an ATG start codon and comprising all information-bearing exon regions of the gene coding for a thioredoxin reductase present in the organism of origin, as well as the signals necessary for correct termination of the transcription.
- biological activity of a thioredoxin reductase refers to the ability of a polypeptide to effect the reaction described above, ie the reduction of thioredoxin in its disulfide form to thioredoxin with free SH groups using NADPH + H 1 " ( Figure 1).
- Two cysteine residues and the amino acids surrounding these cysteine residues are characteristic of thioredoxin reductases ( Figure 2).
- active fragment no longer describes complete nucleic acids coding for thioredoxin reductase, but which still code for polypeptides with the biological activity of a thioredoxin reductase and which can catalyze a reaction characteristic of the thioredoxin reductase as described above , Such fragments are shorter than the complete nucleic acids encoding thioredoxin reductase described above. Nucleic acids may have been removed both at the 3 'and / or 5' ends of the sequence, but parts of the sequence can also be deleted, i.e. have been removed that do not significantly affect the biological activity of the thioredoxin reductase.
- a lower or possibly also an increased activity, which, however, still allows the characterization or use of the resulting thioredoxin reductase fragment, is understood to be sufficient in the sense of the expression used here.
- the expression "active fragment” can also refer to the amino acid sequence of thioredoxin reductase and then applies analogously to the above explanations for those polypeptides which, in comparison to the complete sequence defined above, no longer contain certain parts, the biological activity of the enzyme, however, not being decisive is impaired.
- the fragments can have different lengths.
- thioredoxin reductase inhibition test or “inhibition test” as used herein refer to a method or a test which allows the inhibition of the enzymatic activity of a polypeptide with the activity of a thioredoxin reductase recognize one or more chemical compounds (candidate compound (s)), whereby the chemical compound can be identified as an inhibitor of thioredoxin reductase.
- gene as used herein is the term for a portion of the genome of a cell that is responsible for the synthesis of a polypeptide chain.
- fungicide or "fungicidal” as used herein refers to chemical compounds which are suitable for combating fungi which are pathogenic to humans, animals and plants, in particular fungi which are pathogenic to plants. Such phytopathogenic fungi are mentioned below, the list is not exhaustive:
- Pythium species such as, for example, Pythium ultimum, Phytophthora species, such as, for example, Phytophthora infestans, Pseudoperonospora species, such as, for example, Pseudoperonospora humuli or Pseudoperonospora cubensis, Plasmopara species, such as, for example, Plasmopara viticola, Bremia species, such as, for example, Bremia lactucae, Peronospor Species, such as, for example, Peronospora pisi or P. brassicae, Erysiphe species, such as, for example, Erysiphe graminis,
- Sphaerotheca species such as, for example, Sphaerotheca fuliginea
- Podosphaera species such as, for example, Podosphaera leucotricha
- Venturia species such as, for example, Venturia inaequalis
- Pyrenophora species such as, for example, Pyrenophora teres or P.
- graminea (conidial form: Drechslera, Syn: Helminthosobol Species, such as, for example, Cochliobolus sativus (conidial form: Drechslera, Syn: Helminthosporium), Uromyces species, such as
- Uromyces appendiculatus Puccinia species, such as, for example, Puccinia recondita, Sclerotinia species, such as, for example, Sclerotinia sclerotiorum, Tilletia species, such as, for example, Tilletia caries; Ustilago species, such as, for example, Ustilago nuda or Ustilago avenae, Pellicularia species, such as, for example, Pellicularia sasakii, Pyricularia species, such as, for example, Pyricularia oryzae, Fusarium species, such as, for example - Fusa ⁇ um culmorum, Botrytis species, Septoria species, such as, for example Septoria nodorum, Leptosphaeria species such as Leptosphaeria nodorum, Cercospora species such as Cercospora canescens, Alternaria species such as Alternaria brassicae or Pseudocerco
- Nectria hematococcus and Phytophtora species Fungicidal active ingredients which are found with the aid of the thioredoxin reductases according to the invention from plant-pathogenic fungi can also interact with thioredoxin reductases from human-pathogenic fungus species, the interaction with the different thioredoxin reductases occurring in these fungi not always having to be equally strong ,
- the present invention therefore also relates to the use of inhibitors of
- Thioredoxin reductase for the manufacture of agents for the treatment of diseases caused by human pathogenic fungi.
- Dermatophytes e.g. Trichophyton spec, Microsporum spec, Epidermophyton floccosum or
- Keratomyces ajelloi e.g. Cause foot mycoses (tinea pedis)
- Yeasts such as Candida albicans, which causes thrush esophagitis and dermatitis, Candida glabrata, Candida krusei or Cryptococcus neoformans, which e.g. can cause pulmonary cryptococcosis and also torulose,
- Mold such as Aspergiltus fumigatus, A. flavus, A. niger, e.g. bronchopulmonary
- zygomycoses intravascular mycoses
- Rhinosporidium seeberi which e.g. chronic granulomatous pharyngitis and tracheitis
- Madurella myzetomatis which e.g. causes subcutaneous mycetomas
- Histoplasma capsulatum which e.g. reticuloendothelial cytomycosis and Darling disease
- Coccidioides immitis which causes Z: B. pulmonary coccidioidomycosis and sepsis, Paracoccidioides brasiliensis, which e.g.
- Fungicidal active ingredients which are found with the aid of a thioredoxin reductase obtained from a particular fungus, here from Ustilago maydis, can therefore also " interact with thioredoxin reductases from other numerous fungal species, especially with phytopathogenic fungi, the interaction with the different ones in these Thioredoxin reductases occurring in fungi do not always have to be of the same strength, which explains, among other things, the observed selectivity of the substances active on this enzyme.
- homologous promoter refers to a promoter which controls the expression of the gene in question in the original organism.
- heterologous promoter refers to a promoter which has different properties than the promoter which controls the expression of the gene in question in the original organism.
- petitor refers to the property of the compounds to compete with other, if necessary, identifiable compounds in order to compete for binding to the thioredoxin reductase and to displace or be displaced by the enzyme.
- inhibitor or "specific inhibitor” as used herein denotes a substance that directly inhibits an enzymatic activity of the thioredoxin reductase.
- a • Such an inhibitor preferably is “specific”, ie it inhibits specifically the thioredoxin reductase activity at a concentration which is lower than the cause concentration of an inhibitor that is required to another, so that unbonded effect.
- the concentration is preferably two times lower, particularly preferably five times lower and very particularly preferably at least ten times or 20 times lower than the concentration of a compound which is required to produce an unspecific effect.
- modulator represents a generic term for inhibitors and activators.
- Modulators can be small organic chemical molecules, peptides or antibodies which bind to the polypeptides according to the invention or which influence their activity.
- modulators can be small organic chemical molecules, peptides or antibodies which bind to a molecule which in turn binds to the polypeptides according to the invention and thereby influences their biological activity.
- Modulators can be natural substrates and ligands, or structural or functional mimetics thereof.
- modulator as used herein is preferably, however, those molecules which do not represent the natural substrates or ligands.
- thioredoxin reductase in fungi can be a target protein (a so-called "target") of fungicidally active substances.
- target a target protein of fungicidally active substances.
- thioredoxin reductase is an enzyme that is particularly important for fungi and is therefore particularly suitable for use as a target protein in the search for further and improved fungicidally active compounds.
- TRR1 is localized cytoplasmic and TRR2 is suspected mitochondrial.
- Deletion mutants of TRR2 are viable, hypersensitive to hydrogen peroxide, show temperature-sensitive growth and are auxotrophic for methionine (Machado et al., 1997; Pearson and Merril, 1998), while deletion mutants of the cytoplasmic TRR1 are not viable
- the thioredoxin reductase has not yet been described as a target protein for fungicides. There are no known active ingredients which have a fungicidal action and whose place of action is thioredoxin reductase.
- the thioredoxin reductase is surprisingly a target or "target” for fungicidal active substances in phytopathogenic fungi, the inhibition of the thioredoxin reductase thus leading to damage or death of the fungus.
- Ustilago maydis one for one Gene coding for thioredoxin reductase identified (um 140_5). Knock-out of this gene was found to be lethal (Example 1).
- thioredoxin reductase can be inhibited in vivo by active substances and that a fungal organism treated with these active substances can be damaged and killed by treatment with these active substances.
- the inhibitors of a fungal thioredoxin reductase can therefore be used as fungicides in crop protection or as antifungals in pharmaceutical indications.
- the inhibition of the thioredoxin reductase with a substance identified in a method according to the invention leads to the death of the treated fungi in synthetic media or on the plant.
- Thioredoxin reductases can be obtained from various phytopathogenic or also from human or animal pathogenic fungi, e.g. from fungi such as the plant pathogenic fungus U maydis.
- the gene can e.g. recombinantly expressed in Escherichia coli and an enzyme preparation is produced from E. coli cells (Example 2).
- Thioredoxin reductases from phytopathogenic fungi are preferably used to identify fungicides which can be used in crop protection. If the goal is to identify fungicides or antimycotics that are to be used in pharmaceutical indications, the use of thioredoxin reductases from human or animal pathogenic fungi is recommended.
- the associated ORF was amplified by means of PCR using selected primers using methods known to the person skilled in the art.
- the corresponding DNA was cloned into the expression vector pTrcHis2-TOPO, so that the TRR protein is expressed starting from the plasmid ptrcTRRlO with a C-terminal His 6 tag (Example 2).
- the plasmid ptrcTRR10 was transformed into E. coli BL21 (DE3).
- the trrl gene from Ustilago maydis has a size of 1053 bp, es does not contain hitron.
- UM 140_5 (trrl) codes for a polypeptide of 351 amino acids in length with a molecular weight of 39000 daltons ( Figure 3).
- the present invention thus also provides a complete genomic sequence of a phytopathogenic fungus coding for a thioredoxin reductase, and its use or the use of the polypeptide encoded thereby for the identification of
- the present invention therefore also relates to the nucleic acid from the fungus Ustilago maydis which codes for a polypeptide with the enzymatic function of a thioredoxin reductase.
- Thioredoxin reductases share homologous areas. A conserved region containing two cysteines, which are involved in the redox-active disulfide bridge, is typical for thioredoxin reductases. The sequences surrounding these two cysteines are also characteristic of thioredoxin reductases.
- cysteine and its sequence environment is a characteristic of the sequence for thioredoxin reductases.
- Such a motif can be identified by a suitable search in the PROSITE database (Hofmann et al., 1999),
- PROSITE enables polypeptides to be assigned a function and thus to recognize thioredoxin reductases as such.
- the "one-letter code” is used to display the Prosite motif.
- the symbol “x” stands for a position where every amino acid is accepted.
- a variable position at which various specific amino acids are accepted is shown in square brackets "[...]", whereby the possible amino acids at this position are listed.
- Amino acids that are not accepted at a certain position are enclosed in curly brackets " ⁇ ... ⁇ ”.
- a dash “-” separates the individual elements or positions of the motif. Repeats a certain position, e.g. "x”, several times in succession, this can be represented by specifying the number of repetitions in a subsequent bracket, e.g. "x (3)” which stands for "x-x-x".
- a Prosite motif ultimately represents the components of a consensus sequence, as well as the distances between the amino acids involved and is therefore typical for a specific enzyme great.
- this motif can be used to identify or assign further polypeptides from phytopathogenic fungi which belong to the same class as the polypeptide according to the invention and can therefore also be used in the manner according to the invention.
- Prosite motif or the specific consensus sequence are typical of the polypeptides according to the invention, which can be structurally defined on the basis of these consensus sequences and are therefore also clearly identifiable.
- the present invention therefore also relates to polypeptides from plant pathogens
- Mushrooms with the biological activity of a thioredoxin reductase which has the above-mentioned prostite motif Cx (2) -CD- [GA] -x (2.4) - [FY] -x (4) - [LIVM] -x- [LIVM ] (2) -G (3) - [D ⁇ ] (see also Figure 2).
- polypeptides according to the invention with the biological activity of a thioredoxin reductase which have the motif C-AN-C-D-G-AN-P-I-F-R- ⁇ -K-P-L-xN- are particularly preferred.
- thioredoxin reductases from other phytopathogenic fungi can also be identified and used to achieve the above object, ie they can also be used to identify inhibitors of a thioredoxin reductase, which can in turn be used as fungicides in crop protection.
- thioredoxin reductases from other phytopathogenic fungi can also be identified and used to achieve the above object, ie they can also be used to identify inhibitors of a thioredoxin reductase, which can in turn be used as fungicides in crop protection.
- another fungus which is not pathogenic to the plant, or its thioredoxin reductase or the sequence coding therefor, in order to identify fungicidal inhibitors of thioredoxin reductase.
- nucleic acid sequence according to the invention With the aid of the nucleic acid sequence according to the invention and sequences obtained from other phytopathogenic fungi according to the methods described above, further nucleic acid sequences coding for a thioredoxin reductase from other fungi can be identified.
- the present invention therefore relates to nucleic acids from phytopathogenic fungi which code for a polypeptide with the enzymatic activity of a thioredoxin reductase, in particular polypeptides which comprise the motifs described above.
- the present invention preferably relates to nucleic acids from the phytopathogenic fungal species mentioned above in the definitions section, which code for a polypeptide with the enzymatic activity of a thioredoxin reductase.
- the present invention particularly preferably relates to the nucleic acid coding for the Ustilago maydis thioredoxin reductase with the SEQ ID NO: 1 and the nucleic acids coding for the polypeptides according to SEQ ID NO: 2 or active fragments thereof.
- nucleic acids according to the invention are in particular single-stranded or double-stranded deoxyribonucleic acids (DNA) or ribonucleic acids (RNA). preferred
- Embodiments are fragments of genomic DNA and cDNAs.
- nucleic acids according to the invention particularly preferably comprise a sequence of phytopathogenic fungi coding for a polypeptide with the enzymatic activity of a thioredoxin reductase selected from
- the present invention is not only limited to the thioredoxin reductase from Ustilago maydis.
- Polypeptides with the activity of a thioredoxin reductase can also be obtained from other fungi, preferably from phytopathogenic fungi, in an analogous manner to those skilled in the art. can be used in a method according to the invention.
- the thioredoxin reductase from Ustilago maydis is preferably used.
- the present invention furthermore relates to DNA constructs which comprise a nucleic acid according to the invention and a homologous or heterologous promoter.
- heterologous promoters depend on whether pro- or eukaryotic cells or cell-free systems are used for expression.
- heterologous promoters are the 35S promoter of the cauliflower mosaic virus for plant cells, the alcohol dehydrogenase promoter for yeast cells, the T3, T7 or SP6 promoters for prokaryotic cells or cell-free systems.
- Fungal expression systems such as e.g. the Pichia pastoris system can be used, the transcription here being driven by the methanol-inducible AOX promoter.
- the present invention further relates to vectors which are an inventive
- phages Contain nucleic acid, a regulatory region according to the invention or a DNA construct according to the invention. All phages, plasmids, phagmids, phasmids, cosmids, YACs, BACs, artificial chromosomes or particles which are suitable for particle bombardment can be used as vectors.
- Preferred vectors are e.g. the p4XXprom. Vector series (Mumberg et al, 1995) for yeast cells, pSPORT vectors (from Life Technologies) for bacterial cells, or the gateway vectors (from Life Technologies) for various expression systems in bacterial cells, plants, P. pastoris, S. cerevisiae or insect cells.
- the present invention also relates to host cells which contain a nucleic acid according to the invention, a DNA construct according to the invention or a vector according to the invention.
- host cell refers to cells which do not naturally contain the nucleic acids according to the invention.
- Suitable host cells are both prokaryotic cells, preferably E. coli, and eukaryotic cells, such as cells from Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, insects, plants, frog oocytes and cell lines from mammals.
- the present invention furthermore relates to polypeptides with the biological activity of a thioredoxin reductase, which are encoded by the nucleic acids according to the invention.
- polypeptides according to the invention preferably comprise an amino acid sequence selected from phytopathogenic fungi
- polypeptides refers to both short amino acid chains, commonly referred to as peptides, oligopeptides, or oligomers, and longer amino acid chains, commonly referred to as proteins. It includes
- Amino acid chains that can be modified either by natural processes, such as post-translational processing, or by chemical processes that are state of the art.
- Modifications can occur at different locations and multiple times in a polypeptide, such as, for example, on the peptide backbone, on the amino acid side chain, on the amino and / or on
- Carboxy terminus include, for example, acetylations, acylations, ADP ribosylations, amidations, covalent linkages with flavins, heme components, nucleotides or
- nucleotide derivatives lipids or lipid derivatives or phosphatidylinositol, cyclizations,
- polypeptides according to the invention can be in the form of "mature” proteins or as parts of larger proteins, e.g. as fusion proteins. Furthermore, they can secreting or "leader” sequences, pro sequences, sequences that allow easy purification, such as multiple
- Histidine residues or additional stabilizing amino acids.
- the proteins according to the invention can also be present as they are naturally present in their organism of origin, from which they can be obtained directly, for example. Active fragments of a thioredoxin reductase can also be used in the method according to the invention, as long as they enable the determination of the enzymatic activity of the polypeptide or its inhibition by a candidate compound.
- polypeptides used in the methods according to the invention may have deletions or amino acid substitutions in comparison to the corresponding regions of naturally occurring thioredoxin reductases, as long as they at least still show the biological activity of a complete thioredoxin reductase.
- Conservative substitutions are preferred. Such conservative substitutions include variations in which one amino acid is replaced by another amino acid from the following group:
- Aromatic residues Phe, Tyr and Trp.
- a possible purification method for thioredoxin reductase is based on preparative electrophoresis, FPLC, HPLC (e.g. using gel filtration, reverse phase or slightly hydrophobic columns), gel filtration, differential precipitation, ion exchange chromatography or affinity chromatography (see Example 3).
- a rapid method for isolating thioredoxin reductase, which is synthesized by host cells, begins with the expression of a fusion protein, whereby the fusion partner can be easily affinity-purified.
- the fusion partner can be, for example, an MBP or preferably also a histidine tag (cf. Example 3).
- the fusion protein can then turn on
- the fusion partner can be separated by partial proteolytic cleavage, for example on linkers between the fusion partner and the polypeptide to be purified according to the invention.
- the protein with a His tag can be removed from the column by lnidazole-containing buffers.
- the linker can be designed to include target amino acids, such as arginine and lysine residues, that define sites for trypsin cleavage. Standard cloning methods using oligonucleotides can be used to generate such linkers.
- purification processes are based on preparative electrophoresis, FPLC, HPLC (e.g. using gel filtration, reverse phase or slightly hydrophobic columns), gel filtration, differential precipitation, ion exchange chromatography and affinity chromatography.
- isolation or purification as used in the present context mean that the polypeptides according to the invention are separated from other proteins or other macromolecules of the cell or the tissue.
- a composition containing the polypeptides according to the invention is preferred with regard to the protein content compared to a preparation from the
- polypeptides according to the invention can also be affinity-purified without a fusion partner using antibodies which bind to the polypeptides.
- the method for producing polypeptides with the activity of a thioredoxin reductase e.g. of the polypeptide TRR1 from U. maydis is characterized by
- the present invention also relates to the use of polypeptides from fungi, preferably from phytopathogenic fungi, which have at least one biological activity
- the thioredoxin reductase from Ustilago maydis is particularly preferably used.
- Fungicidal active ingredients which are found with the help of a thioredoxin reductase from a certain fungal species, can also interact with thioredoxin reductase from other fungal species, although the interaction with the different thioredoxin reductase occurring in these fungi does not always have to be equally strong. This explains, among other things, the selectivity of active substances.
- the use of the active ingredients found with a specific thioredoxin reductase as a fungicide in other fungi can be attributed to the fact that thioredoxin reductases from various fungal species are very close and in larger ones
- the present invention therefore also relates to a method for identifying fungicides by testing potential inhibitors or modulators of the enzymatic activity of thioredoxin reductase (candidate compound or test compound) in a thioredoxin reductase inhibition test.
- Methods which are suitable for identifying modulators, in particular inhibitors or antagonists, of the polypeptides according to the invention are generally based on determining the activity or the biological functionality of the polypeptide.
- both whole-cell-based methods (in vivo methods) and methods based on the use of the polypeptide isolated from the cells, which can be present in purified or partially purified form or as a crude extract, are also possible.
- test systems can be carried out on fungal cultures in order to test the fungicidal activity of the compounds found.
- Many test systems that aim to test compounds and natural extracts are preferably geared towards high throughput numbers in order to maximize the number of substances tested in a given period of time.
- Test systems that are based on cell-free work require purified or semi-purified protein. They are suitable for a "first" test, which primarily aims to detect a possible influence of a substance on the target protein. Once such a first test has been carried out and one or more compounds, extracts etc.
- the effect of such compounds can be examined in a more targeted manner in the laboratory.
- the inhibition or activation of the polypeptide according to the invention can be checked again in vitro in order to then test the effectiveness of the compound on the target organism, here one or more phytopathogenic fungi.
- the compound can then optionally be used as a starting point for the further search and development of fungicidal compounds based on the original structure, but e.g. are optimized in terms of effectiveness, toxicity or selectivity.
- modulators e.g. incubating a synthetic reaction mix (e.g. products of in vitro transcription) or a cellular component such as a membrane, a compartment or any other preparation which contains the polypeptides according to the invention together with an optionally labeled substrate or ligand of the polypeptides in the presence and absence of a candidate molecule become.
- the maturity of the candidate molecule to inhibit the enzymatic activity of the polypeptides according to the invention is e.g. recognizable by a reduced binding of the optionally labeled ligand or by a reduced
- Molecules that inhibit the biological activity of the polypeptides according to the invention are good antagonists or inhibitors.
- reporter systems include, but are not limited to, colorimetric or fluorometric detectable substrates contained in one
- Another example of a method with which modulators of the polypeptides according to the invention can be found is a displacement test, in which, under suitable conditions, the polypeptides according to the invention and a potential modulator with a molecule which is known to bind to the polypeptides according to the invention, such as a natural one Bring substrate or ligands or a substrate or ligand mimetic.
- the polypeptides according to the invention themselves can be labeled, for example fluorimetrically or colorimetrically, so that the number of polypeptides which are bound to a ligand is determined or who have participated in an implementation, can determine exactly.
- the binding can also be followed by means of the optionally labeled substrate, ligand or substrate analog. In this way, the effectiveness of an antagonist can be measured.
- Test systems check both inhibitory or suppressive effects of the substances as well as stimulatory effects.
- the effectiveness of a substance can be checked using concentration-dependent test series. Control approaches without test substances or without enzyme can be used to evaluate the effects.
- the host cells containing nucleic acids coding for a thiorexin reductase according to the invention and available on the basis of the present invention also enable the development of test systems based on cells for the identification of substances which modulate the activity of the polypeptides according to the invention.
- the modulators to be identified are preferably small organic chemical compounds.
- a method for identifying a compound that modulates the activity of a thioredoxin reductase from fungi and that can be used as a fungicide in crop protection is preferably that
- a polypeptide according to the invention or a host cell containing this polypeptide is brought into contact with a chemical compound or with a mixture of chemical compounds under conditions which allow the interaction of a chemical compound with the polypeptide,
- the compound which specifically inhibits the activity of the polypeptide according to the invention is particularly preferably determined.
- activity refers to the biological activity of the polypeptide according to the invention.
- the fact is used that the thioredoxin reductase catalyzes the reduction of oxidized thioredoxin using NADPH.
- This reaction can be carried out, for example, in the presence of insulin, which can be used as a thioredoxin-regenerating system, since thioredoxin reductase reduces thioredoxin as disulfide reductase, converting insulin to oxidized insulin and thereby converting it back into the oxidized state.
- This oxidized thioredoxin then serves as the substrate for the thioredoxin reductase.
- NADPH is then consumed in the reaction of the thioredoxin reductase.
- the measurement of the enzymatic activity of the thioredoxin reductase or the inhibition of this enzymatic activity by an inhibitor is then carried out on the basis of the decreasing NADPH concentration and can be carried out photospectrometrically by absorption or fluorescence measurement (absorption decrease at 340 nm or fluorescence decrease at 340 nm (emission at 465 nm)) can be determined ( Figure 5).
- the lower or inhibited activity of the polypeptide according to the invention is tracked based on the photospectrometric determination of the degree of decrease in the NADPH concentration relative to a control batch. If the thioredoxin reductase is inhibited, there is no enzymatic conversion of the NADPH.
- the fluorescence intensity of the batch should correspond to that of the control batch, since there is no change in the NADPH concentration.
- An increase in the NADPH concentration can result if the enzymatic activity of the thioredoxin reductase is inhibited so strongly that the thioredoxin oxidized by the reaction with insulin is no longer reduced and thus accumulates.
- the amount of NADPH e.g. even after the reaction has been completed by implementing
- Resazurin to Resorußn in the presence of PMS can be determined fluorimetrically (excitation 550 nm, emission 595 nm) compared to the amount used.
- PMS phenazine methosulfate
- the electrons are first transferred from NADPH to PMS.
- the reduced PMS is then able to reduce resazurin to resorufin.
- the concentration of resurofin can then be detected fluorimetrically (excitation 550 nm, emission 595 nm).
- the amount of converted NADPH can then be determined by comparison with the concentrate of resorufin in the control batch. NADPH thus reduces non-fluorescent resazurin to intense red fluorescent resorufin.
- PMS serves as a redox mediator.
- the measurement can also be carried out in formats customary for HTS or UHTS assays, for example in microtiter plates in which, for example, a total volume of 5 to 50 ⁇ l per batch or per well is placed and the individual components are present in one of the final concentrations given above.
- the test compound which potentially inhibits or activates the activity of the enzyme (candidate molecule), is introduced, for example, in a suitable concentration in test buffer containing the components necessary for the reaction.
- the polypeptide according to the invention is then added in the test buffer mentioned above and the reaction is started therewith.
- the mixture is then incubated, for example, for up to 30 minutes at a suitable temperature and, for example, the decrease in fluorescence (absorbance 340 nm; emission 465 nm) is measured.
- Candidate molecule and without adding a polypeptide according to the invention (negative control).
- a further measurement is again carried out in the absence of a candidate molecule, but in the presence of the polypeptide according to the invention (positive control).
- Negative and positive control thus give the comparison values for the batches in the presence of a candidate molecule.
- K M value of the polypeptide according to the invention provides information about the preferred concentration of the substrate or substrates.
- a K M of 5 ⁇ M for E. coli thioredoxin and a K M of 20-40 ⁇ M for NADPH could be determined ( Figure 6).
- inhibitors of thioredoxin reductase could be identified with the method according to the invention.
- Reductase are suitable, optionally in a suitable formulation, to damage or kill fungi.
- a solution of the active substance to be tested can be pipetted into the cavities of microtiter plates. After the solvent has evaporated, medium is added to each cavity. A suitable concentration of spores or mycelium of the fungus to be tested is added to the medium beforehand. The resulting concentrations of the active ingredient are, for example, 0J, 1, 10 and 100 ppm.
- the plates are then incubated on a shaker at a temperature of approximately 22 ° C. until sufficient growth can be determined in the untreated control.
- the evaluation is carried out photometrically at a wavelength of 620 nm. From the measurement data of the different concentrations, the dose of active substance can be determined, which leads to a 50% inhibition of fungal growth compared to the untreated control (ED 50 ).
- the present invention therefore also relates to the use of modulators of thioredoxin reductase from fungi, preferably from phytopathogenic fungi, as fungicides.
- the present invention also relates to fungicides which have been identified using a method according to the invention.
- the present invention also relates to the use of modulators of thioredoxin reductase from fungi, preferably from phytopathogenic fungi as fungicides, and to methods for combating fungal attack in plants by using an inhibitor of a
- Thioredoxin reductase affects the fungus and / or the infected plant. These are preferably inhibitors of a thioredoxin reductase from a phytopathogenic fungus.
- the modulators are preferably small, organic-chemical molecules, but not inorganic molecules such as anions or cations.
- the term modulators also does not include any natural effectors of the enzymes which are used in the organism in question to regulate the activity of the enzyme, such as Metabolic products of the enzymes, cofactors of the enzymes, and no non-metabolizable analogues of the cofactors or educts of the enzyme.
- the identified active ingredients can be converted into the usual formulations, such as solutions, emulsions, suspensions, powders, foams, pastes, granules, aerosols, very fine encapsulations in polymeric substances and in coating compositions for seeds, and ULV cold and warm mist formulations.
- formulations are prepared in a known manner, for example by mixing the active ingredients with extenders, that is to say liquid solvents, pressurized liquefied gases and / or solid carriers, if appropriate using surface-active agents, that is to say emulsifiers and or dispersants and / or foam-generating agents.
- extenders that is to say liquid solvents, pressurized liquefied gases and / or solid carriers, if appropriate using surface-active agents, that is to say emulsifiers and or dispersants and / or foam-generating agents.
- organic solvents can, for example, also be used as auxiliary solvents.
- aromatics such as xylene, toluene or alkylnaphthalenes
- chlorinated aromatics or chlorinated aliphatic hydrocarbons such as chlorobenzenes, chlorethylenes or methylene chloride
- aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane or paraffins, for example petroleum fractions
- alcohols such as butanol or glycol, and the like their ethers and esters
- ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone or
- Cyclohexanone strongly polar solvents such as dimethylformamide and dimethyl sulfoxide, as well as water.
- Liquefied gaseous extenders or carriers mean liquids which are gaseous at normal temperature and pressure, e.g. Aerosol propellants, such as halogenated hydrocarbons as well as butane, propane, nitrogen and carbon dioxide.
- Aerosol propellants such as halogenated hydrocarbons as well as butane, propane, nitrogen and carbon dioxide.
- solid carriers the following are possible: e.g. natural rock flours, such as kaolins, clays, talc,
- the following are suitable as solid carriers for granules: e.g. broken and fractionated natural rocks such as calcite, marble, pumice, sepiolite, dolomite as well as synthetic granules from inorganic and organic flours as well as granules from organic material such as sawdust, coconut shells, corn cobs and tobacco stems.
- Possible emulsifiers and / or foaming agents are: e.g.
- non-ionic and anionic emulsifiers such as polyoxyethylene fatty acid esters, polyoxyethylene fatty alcohol ethers, e.g. Alkylaryl polyglycol ethers, alkyl sulfonates, alkyl sulfates, aryl sulfonates and protein hydrolyzates.
- Possible dispersants are: e.g. Lignin sulfite liquor and methyl cellulose.
- Adhesives such as carboxymethyl cellulose, natural and synthetic powdery, granular or latex-shaped polymers such as gum arabic, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, and natural phospholipids such as cephalins and lecithins, and synthetic phospholipids can be used in the formulations.
- Other additives can be mineral and vegetable oils.
- Dyes such as inorganic pigments, e.g. Iron oxide, titanium oxide, ferrocyan blue and organic dyes such as alizarin, azo and metal phthalocyanine dyes and trace nutrients such as salts of iron, manganese, boron, copper, cobalt, molybdenum and zinc can be used.
- the formulations generally contain between 0.1 and 95 percent by weight of active compound, preferably between 0.5 and 90%.
- the active compounds according to the invention can be used as such or in their formulations, also in a mixture with known fungicides, bactericides, acaricides, nematicides or insecticides, in order, for example, to broaden the spectrum of activity or to prevent the development of resistance; in many cases synergistic effects, ie the activity, are obtained the mixture is greater than the effectiveness of the individual components.
- the application rates can be varied within wide ranges depending on the application.
- plants and parts of plants can be treated.
- Plants are understood here to mean all plants and plant populations, such as desired and undesired wild plants or crop plants (including naturally occurring plants).
- Crop plants can be plants which can be obtained by conventional breeding and optimization methods or by biotechnological and genetic engineering methods or combinations of these methods, including the transgenic plants and including the plant varieties which can or cannot be protected by plant breeders' rights.
- Plants such as sprout, leaf, flower and root are understood, with examples being leaves, needles, stems, stems, flowers, fruiting bodies, fruits and seeds as well as roots, tubers and rhizomes.
- the plant parts also include crops and vegetative and generative propagation material, for example cuttings, tubers, rhizomes, offshoots and seeds.
- the treatment of the plants and parts of plants with the active compounds according to the invention is carried out directly or by acting on their surroundings, living space or storage space using the customary treatment methods, e.g. by dipping, spraying, vaporizing, atomizing, scattering, spreading and, in the case of propagation material, in particular in the case of seeds, furthermore by coating in one or more layers.
- strains were grown at 28 ° C on PD, YEPS or suitable minimal media (Holliday, 1974;
- the primers LB2 with the sequence (5'-cacggcctgagtggccggctcggaatgatcgagctgagg-3 ') and pl5 with the sequence (5'-gatgacgcaggagggacacaagg-3') were used.
- the primers RB1 (5'-gtgggccatctaggccggctcatctcaggtaacagcgg-3 ') and pl3 (5'-ggcgcgacgatggcatttgaagg-3') were used for the 3'-flank (1654bp).
- the interfaces Sfi I (a) and Sfi I (b) were introduced with the primers LB2 and RB1.
- the amplicons were restricted with S / z I and ligated with the 1884 bp Sfi I fragment from the vector pBS (hygromycin B cassette).
- the 4742 bp trr knock-out cassette which was used in the subsequent transformation (Kämper and.), was amplified by PCR with the primers LB1 (5'-gacgggtcgattcggtcgcaagg-3 ') and RB2 (5'-ggctccgacggaaaacactttgg-3') Schreier, 2001).
- 50 ml of a culture in YEPS medium were grown at 28 ° C. to a cell density of approx. 5 ⁇ 10 7 / ml (OD 0.6 to 1.0) and then for 7 min. centrifuged at 2500g (Hereaus, 3500 rpm) in 50 ml Falkon tubes.
- the cell pellet was resuspended in 25 ml SCS buffer (20 mM Na citrate pH 5.8, 1.0 M sorbitol, (mix 20 mM Na citrate / 1.0 M sorbitol and 20 mM citric acid / 1.0 M sorbitol and adjust to pH 5.8 with a pH meter)) again 7 min.
- the plating was carried out on gradient plates (lower agar: 10 ml of YEPS-1.5% agar-IM sorbitol with antibiotic; shortly before plating out, the lower agar layer was overlaid with 10 ml of YEPS-1.5% agar-IM sorbitol, which Spread protoplasts and incubate the plates for 3-4 days at 28 ° C.
- the gene was amplified with gene-specific oligonucleotides by means of PCR and cloned into the expression vector pTrcHis2-TOPO, so that the TRR protein is expressed starting from the plasmid ptrcTRRlO with a C-terminal His 6 tag.
- the plasmid ptrcTRR10 was transformed into E. coli BL21 (DE3).
- 5 ml of selection medium (dYT with 100 ⁇ g / ml ampicillin) were inoculated with a single colony and incubated at 37 ° C. overnight in a shaker.
- the main culture (dYT containing 100 ug / ml ampicillin) was inoculated 1:40 and incubated at 37 ° C with shaking to an OD 6 oo of 0.8 the culture was induced by adding 1 mM IPTG (final concentration). After an incubation period of 4 h at 37 ° C, the cells were harvested and then frozen at ⁇ 20 ° C.
- the cells can be stored for several months at - 20 ° C without loss of activity. 2 g of cells were resuspended in 5 ml binding buffer (40 mM Tris / HCl pH 8.0, 100 mM NaCl), 600 ng lysozyme and 500, ng DNasel were added. The cell suspension was incubated with stirring on ice for 30 min. The digestion was carried out by 3
- E. coli BL21 (DE3).
- 5 ml selection medium dYT (double yeast tryptone) with 100 ⁇ g / ml ampicillin
- the main culture dYT with 100 ⁇ g / ml ampicillin was inoculated 1:40 and incubated at 37 ° C. with shaking.
- the culture was induced by adding 1 mM IPTG (final concentration). After an incubation period of 4 h at 37 ° C, the cells were harvested and then frozen at -20 ° C. The cells can be stored for several months at -20 ° C without loss of activity. 6 g cells were resuspended in 94 ml binding buffer (40 mM Tris HCl pH 8.0, 100 mM NaCl) and lysozyme and DNasel were added. The cell suspension was incubated with stirring on ice for 30 min. The disruption was carried out by means of ultrasound in a rosette rim vessel with 8 cycles of 90 seconds and a break of 90 seconds each (cooled with ice water).
- the protein solution was frozen at -20 ° C.
- the enzyme isolated in this way can be stored at -20 ° C for several months without loss of activity.
- the K M value was determined by means of the initial decrease in fluorescence at 360 nm / 465 nm. Due to the strong fluctuations in very small thioredoxin
- the test was carried out with different concentrations of NADPH.
- the consumption of NADPH is measured depending on the NADPH concentration used.
- the TRR1 concentration was 300 ng in a reaction volume of 50 ⁇ l.
- the application was carried out as a lineweaver burk plot ( Figure 6 (B)).
- the K M value of the thioredoxin reductase for NADPH from E. coli is 3-8 ⁇ M according to the literature. Since the NADPH fluorescence also serves as a measurement parameter, the K M value determination was carried out in parallel by detecting the free SH groups of the thioredoxin formed with DTNB and the change in absorption was measured.
- a K M value for NADPH of 16-40 ⁇ M resulted from the measurement with NADPH.
- a screening method or an inhibition test is therefore carried out, for example, with 30 ⁇ M NADPH in order to obtain an adequate read-out.
- N-ethylmaleimide M r 125Jg / mol
- the literature describes N-ethylmaleimide (M r 125Jg / mol) as an inhibitor of thioredoxin reductase.
- the method was tested using this known inhibitor. The test was carried out in the presence of different concentrations of N-ethylmaleimide. It was shown that the NADPH fluorescence initially decreases very strongly in the presence of high concentrations of inhibitor.
- N-ethylmaleimide can also inhibit thioredoxin itself as an "SH group reagent".
- the negative control was pipetted into columns 1 and 2 of the MTP. This was composed of 5 ⁇ l 5% (v / v) DMSO, 20 ⁇ l substrate solution (18.75mM potassium phosphate buffer pH
- test substances in a concentration of 10 ⁇ M in DMSO were placed in the remaining columns, H 2 0 being used to dilute the substance.
- 20 ml substrate solution (18J5mM potassium phosphate buffer pH 7.4; l, 25mM EDTA, 75 ⁇ M NADPH)
- 25 ⁇ l enzyme solution 15mM potassium phosphate buffer pH 7.4; ImM EDTA, 256 ⁇ M insulin, 40nM / ⁇ l thioredoxin and 4.8 ng / ⁇ l
- a resazurin PMS mix 300 mM sodium acetate pH 5.8, 1% (v / v) DMSO, 20 mM PMS, 10 ⁇ M resazurin
- the NADPH not reacted during the reaction reacts with resazurin in the presence of PMS to form fluorescent resorufin.
- the resorufin was detected by determining the decrease in the fluorescence intensity at 595 nm (excitation 550 nm) in a suitable SPECTRAFluor Plus reader from Tecan.
- a methanolic solution of the active substance identified by means of a method according to the invention (Example 4), mixed with an emulsifier, is pipetted into the cavities of microtiter plates. After the solvent has evaporated, 200 ⁇ l of potato dextrose medium are added to each cavity. Suitable concentrations of spores or mycelia of the fungus to be tested are added to the medium beforehand.
- the resulting concentrations of the active ingredient are e.g. 0J, 1, 10 and 100 ppm.
- the resulting concentration of the emulsifier is 300 ppm.
- the plates are then incubated on a shaker at a temperature of 22 ° C. until sufficient growth can be determined in the untreated control.
- the evaluation photometrically at a wavelength of 620 nm. From the measurement of the different concentrations, the dose of active ingredient that results in a 50% inhibition of fungal growth compared to the untreated control (ED 5 o) was calculated.
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Abstract
Description
Verfahren zum Identifizieren von fungizid wirksamen Verbindungen basierend auf Thioredoxin ReduktasenMethod for identifying fungicidally active compounds based on thioredoxin reductases
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Identifizieren von Fungiziden, die Verwendung von- pilzlicher Thioredoxin Reduktase zum Identifizieren von Fungiziden, und die Verwendung von Inhibitoren der Thioredoxin Reduktase als Fungizide.The invention relates to a method for identifying fungicides, the use of fungal thioredoxin reductase to identify fungicides, and the use of inhibitors of thioredoxin reductase as fungicides.
Unerwünschtes Pilzwachstum, das in der Landwirtschaft jedes Jahr zu beträchtlichen Schäden fuhrt, kann durch die Verwendung von Fungiziden kontrolliert werden. Die Ansprüche an Fungizide sind dabei hinsichtlich ihrer Wirksamkeit, Kosten und vor allem ihrer Umweltverträglichkeit stetig angestiegen. Es existiert deshalb ein Bedarf an neuen Substanzen bzw. Substanzklassen, die zu leistungsfähigen und umweltverträglichen neuen Fungiziden entwickelt werden können. Im Allgemeinen ist es üblich, in Gewächshaustests nach solchen neuen Leitstrukturen zu suchen. Solche Tests sind jedoch arbeitsintensiv und teuer. Die Anzahl der Substanzen, die im Gewächshaus getestet werden können, ist entsprechend begrenzt. Eine Alternative zu solchen Tests ist die Verwendung von sogenannten Hochdurchsatzverfahren (HTS = high throughput screening). Dabei werden in einem automatisierten Verfahren eine große Anzahl von Einzelsubstanzen hinsichtlich ihrer Wirkung auf Zellen, individuelle Genprodukte oder Gene getestet. Wird für bestimmte Substanzen eine Wirkung nachgewiesen, so können diese in herkömmlichen Screeningverfahren untersucht und gegebenenfalls weiter entwickelt werden.Unwanted fungal growth, which causes considerable damage in agriculture every year, can be controlled through the use of fungicides. The demands on fungicides have steadily increased in terms of their effectiveness, costs and, above all, their environmental compatibility. There is therefore a need for new substances or classes of substances that can be developed into powerful and environmentally compatible new fungicides. In general, it is common to search for such new lead structures in greenhouse tests. However, such tests are labor intensive and expensive. The number of substances that can be tested in the greenhouse is limited accordingly. An alternative to such tests is the use of high-throughput screening (HTS). A large number of individual substances are tested for their effects on cells, individual gene products or genes in an automated process. If an effect is proven for certain substances, these can be examined in conventional screening methods and, if necessary, further developed.
Vorteilhafte Angriffspunkte für Fungizide werden oft in essentiellen Biosynthesewegen gesucht. Ideale Fungizide sind weiterhin solche Stoffe, die Genprodukte hemmen, die eine entscheidendeFavorable targets for fungicides are often sought in essential biosynthetic pathways. Ideal fungicides continue to be substances that inhibit gene products that are crucial
Bedeutung bei der Ausprägung der Pathogenität eines Pilzes haben.Of importance in the expression of the pathogenicity of a fungus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, einen geeigneten neuen Angriffspunkt für potentielle fungizide Wirkstoffe zu identifizieren und zugänglich zu machen, und ein Verfahren zur .Verfügung zu stellen, das die Identifizierung von Modulatoren dieses Angriffspunkts ermög- licht, die dann als Fungizide verwendet werden können.The object of the present invention was therefore to identify a suitable new point of attack for potential fungicidal active substances and to make them accessible, and a method for . To make available, which enables the identification of modulators of this point of attack, which can then be used as fungicides.
Die Thioredoxin Reduktase (EC 1.8.1.9, früher EC 1.6.4.5), auch bekannt als NADP-Thioredoxin Reduktase, NADPH-Thioredoxin Reduktase oder Thioredoxin:NADP+-Oxidoreduktase, katalysiert die Reaktion von NADP+ und Thioredoxin zu Thio edoxin-Disulfid und NADPH + ϊ (Abbildung 1). Die Reaktion der Thioredoxin Reduktase ist ein essentieller Schritt im Recycling der oxidierten Form von Thioredoxin (Disulfid-Form) wodurch der Zelle reduziertes Thioredoxin zur Verfugung gestellt wird. Die cytoplasmatische Thioredoxin Reduktase -im Folgenden auch als TRR bezeichnet- gehört zur Klasse II der Pyridin-nukleotid-disulfid-Oxido eduktasen. Das Enzym recycelt die oxidierte Form von Thioredoxin und stellt der Zelle wieder reduziertes Thioredoxin zur Verfugung. Die TRR ist daher wichtig für den Erhalt der Redoxhomeostase in der Zelle. Thioredoxine selbst sind kleine hochkonservierte Oxidoreduktasen, die zwei konservierte Cystein-Reste im aktiven Zentrum enthalten. Sie wurden ursprünglich als Elektronendonoren für das Enzym Ribonucleotid-Reduktase identifiziert, sind aber daneben für eine Vielzahl von Stoffwechselenzymen notwendig, die während ihrer katalytischen Zyklen Disulfidbindungen ausbilden, wie z.B. der PAPS-Reduktase. Thioredoxine sind am besten charakterisiert als Antioxidantien gegen reaktive Sauerstoff-Spezies, aber auch der Schutz gegenüber reduktivem Stress gehört zu ihren Funktionen. Es wird vermutet, dass sie zusätzlich auch bei einer Vielzahl von weiteren zellulären Vorgängen eine Rolle spielen, wie z.B. der Proteinfaltung und deren Regulation, der Reparatur von oxidativ geschädigten Proteinen und im Schwefel-Stoffwechsel.Thioredoxin reductase (EC 1.8.1.9, formerly EC 1.6.4.5), also known as NADP-thioredoxin reductase, NADPH-thioredoxin reductase or thioredoxin: NADP + -oxidoreductase, catalyzes the reaction of NADP + and thioredoxin to thio-edoxin-disulfide NADPH + ϊ (Figure 1). The reaction of thioredoxin reductase is an essential step in the recycling of the oxidized form of thioredoxin (disulfide form), which provides the cell with reduced thioredoxin. The cytoplasmic thioredoxin reductase - hereinafter also referred to as TRR - belongs to class II of pyridine nucleotide disulfide oxido eductases. The enzyme recycles the oxidized form of thioredoxin and provides the cell with reduced thioredoxin. TRR is therefore important for maintaining redox homeostasis in the cell. Thioredoxins themselves are small, highly conserved oxidoreductases that contain two conserved cysteine residues in the active center. They were originally identified as electron donors for the enzyme ribonucleotide reductase, but are also necessary for a large number of metabolic enzymes that form disulfide bonds during their catalytic cycles, such as PAPS reductase. Thioredoxins are best characterized as antioxidants against reactive oxygen species, but their functions also include protection against reductive stress. It is believed that they also play a role in a variety of other cellular processes, such as protein folding and its regulation, the repair of oxidatively damaged proteins and in the sulfur metabolism.
Bakterielle und pilzliche Thioredoxinreduktasen sind Flavoenzyme und liegen als Homodimere vor. Sie enthalten einen FAD-Cofaktor und ein Paar von redox-aktiven Cys-Gruppen, die amBacterial and fungal thioredoxin reductases are flavoenzymes and exist as homodimers. They contain a FAD cofactor and a pair of redox-active Cys groups
Transfer der Redoxäquivalente vom FAD auf das Substrat beteiligt sind.Transfer of the redox equivalents from the FAD to the substrate are involved.
Gene für die Thioredoxin Reduktase wurden aus verschiedenen Organismen Moniert, darunter auch aus verschiedenen Pilzen wie Saccharomyces cerevisiae (Swissprot Accession No.: P38816), Schizosaccharomyces pom.be (Swissprot Accession No.: Q92375), Neurospora crassa (Swissprot Accession No. P51978), Pneumocystis carinii (Swissprot Accession No.: Q7Z7S3), Pneumocystis jiroveci (Swissprot Accession No.: Q8J0U0) oder Penicillium chrysogenum (Swissprot Accession No.: P43496). Die Sequenzähnlichkeiten sind innerhalb der eukaryontischen Klassen signifikant. Thioredoxin Reduktasen aus pflanzenpathogenen Pilzen sind dagegen bislang nicht bekannt geworden.Genes for the thioredoxin reductase were cloned from various organisms, including from different fungi such as Saccharomyces cerevisiae (Swissprot Accession No .: P38816), Schizosaccharomyces pom.be (Swissprot Accession No .: Q92375), Neurospora crassa (Swissprot Accession No. P51978) , Pneumocystis carinii (Swissprot Accession No .: Q7Z7S3), Pneumocystis jiroveci (Swissprot Accession No .: Q8J0U0) or Penicillium chrysogenum (Swissprot Accession No .: P43496). The sequence similarities are significant within the eukaryotic classes. In contrast, thioredoxin reductases from phytopathogenic fungi have so far not become known.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, neue Angriffspunkte von Fungiziden in Pilzen, insbesondere in phytopathogenen Pilzen, zu identifizieren und Verfahren zugänglich zu machen, in denen Inhibitoren eines solchen Angriffspunktes bzw. Polypeptids identifiziert und auf ihre fungiziden Eigenschaften hin geprüft werden können. Die Aufgabe wurde gelöst, indem aus einem phytopathogenen Pilz die für Thioredoxin Reduktase kodierende Nukleinsäure isoliert, das davon kodierte Polypeptid gewonnen und ein Verfahren zur Verfügung gestellt wurde, mit demThe object of the present invention was to identify new points of attack by fungicides in fungi, in particular in phytopathogenic fungi, and to make methods accessible in which inhibitors of such a point of attack or polypeptide can be identified and tested for their fungicidal properties. The object was achieved by isolating the nucleic acid coding for thioredoxin reductase from a phytopathogenic fungus, the polypeptide encoded therefrom, and a method using which
Inhibitoren dieses Enzyms bestimmt werden können. Die mit diesem Verfahren identifizierten Inhibitoren können in vivo gegen Pilze eingesetzt werden. Beschreibung der AbbildungenInhibitors of this enzyme can be determined. The inhibitors identified with this method can be used against fungi in vivo. Description of the pictures
Abbildung 1: Schematische Darstellung der von der Thioredoxin Reduktase katalysierten Reduktion des Thioredoxins in seiner Disulfid-Form zu Thioredoxin mit freien SH-Gruppen. Bei dieser Reaktion wird NADP+H+ zu NADP+ umgesetzt.Figure 1: Schematic representation of the reduction of thioredoxin in its disulfide form to thioredoxin with free SH groups catalyzed by the thioredoxin reductase. In this reaction, NADP + H + is converted to NADP + .
Abbildung 2: Sequenzalignment der Aminosäuresequenz- von Thioredoxin Reduktasen aus verschiedenen Pilzen. Gezeigt werden die homologen Bereiche zwischen den Thioredoxin Reduktasen. In den Sequenzen wurden weiterhin die dem Prosite Motiv für Thioredoxin Reduktasen entsprechenden '' Aminosäuren gekennzeichnet. Yeastl und Yeast2: Saccharomyces cerevisiae. PNEUCA: Pneumocycstis carinii. PNEUJI: Pneumocystis jiroveci. POMBE: Saccharomyces pombe. NEUCR: Neurospora crassa. PENCH: Penicillium chrysogenum. Ustilago: Ustilago maydis.Figure 2: Sequence alignment of the amino acid sequence of thioredoxin reductases from various fungi. The homologous areas between the thioredoxin reductases are shown. In the sequences continue to the Prosite motif amino acids were appropriate for thioredoxin reductases '' marked. Yeastl and Yeast2: Saccharomyces cerevisiae. PNEUCA: Pneumocycstis carinii. PNEUJI: Pneumocystis jiroveci. POMBE: Saccharomyces pombe. NEUCR: Neurospora crassa. PENCH: Penicillium chrysogenum. Ustilago: Ustilago maydis.
Abbildung 3: SDS-Gel. Die Expression und die Reinigung von TRR1 aus U. maydis wurde mit Hilfe von SDS-Gelen (A) bis (C) verfolgt. Spur 1 : nicht-induzierte E. coli- Zellen. Spur 2: is.co/z-Zellen nach Induktion. Spur 3: Niederschlag nach Zellaufschluß. Spur 4: Überstand nach Zellaufschluß. Spur 5: Waschfraktion von der Ni-NTA-Säule. Spur 6: Elutionsfraktion nach der Ni-NTA-Säule. Spur 7: Fraktion nach der PD-10-Säule. M: 10 kDa-Proteinstandard.Figure 3: SDS gel. The expression and purification of TRR1 from U. maydis was monitored using SDS gels (A) to (C). Lane 1: non-induced E. coli cells. Lane 2: is.co/z cells after induction. Lane 3: Precipitation after cell disruption. Lane 4: supernatant after cell disruption. Lane 5: wash fraction from the Ni-NTA column. Lane 6: Elution fraction after the Ni-NTA column. Lane 7: fraction after the PD-10 column. M: 10 kDa protein standard.
Abbildung 4: SDS-Gel. Die heterologe Expression und Reinigung von Thioredoxin, dem Substrat der Thioredoxin Reduktase, wurde mit Hilfe von SDS-Gelen (A) bis (D) verfolgt. Spur 1 : nicht-induzierte E. co/z'-Zellen. Spur 2: E. co/z-Zellen nach Induktion. Spur 3: Niederschlag nach Zellaufschluß. Spur 4: Überstand nach Zellaufschluß. Spur 5: Waschfraktion von der Ni-NTA-Säule. Spur 6:Elutions- fraktion von der Ni-NTA-Säule. Spur 7: Fraktion nach der PD-10-Säule. M: 10 kDa-Proteinstandard. Gel (D) zeigt Proben der einzelnen Thioredoxin- reinigungen.Figure 4: SDS gel. The heterologous expression and purification of thioredoxin, the substrate of thioredoxin reductase, was monitored using SDS gels (A) to (D). Lane 1: uninduced E. co / z ' cells. Lane 2: E. co / z cells after induction. Lane 3: Precipitation after cell disruption. Lane 4: supernatant after cell disruption. Lane 5: wash fraction from the Ni-NTA column. Lane 6: Elution fraction from the Ni-NTA column. Lane 7: fraction after the PD-10 column. M: 10 kDa protein standard. Gel (D) shows samples of the individual thioredoxin purifications.
Abbildung 5: Graphische Darstellung der Kinetik der NADPH-Abnahme in einem Aktivitätstest für die Thioredoxin Reduktase. Die enzymatische Aktivität der Thioredoxin Reduktase (TRR1) wird anhand des Verbrauchs von NADPH bestimmt. Dazu wurde in jeweils 16 Ansätzen die Abnahme von NADPH anhand der Fluoreszenzänderung (Anregung bei 360 nm, Emission bei 465 nm) in Abhängigkeit von der Zeit untersucht (■). Als Kontrolle dienten die gleichen Ansatzbedingungen in Abwesenheit des Enzyms (♦). Die Kinetik zeigt eine durch die enymatische Aktivität der TRR bedingte, nahezu lineare Abnahme der Fluoreszenzausbeute innerhalb von 35-40 min, die dann in einen Plateaubereich übergeht.Figure 5: Graphical representation of the kinetics of the NADPH decrease in an activity test for the thioredoxin reductase. The enzymatic activity of thioredoxin reductase (TRR1) is determined based on the consumption of NADPH. For this purpose, the decrease in NADPH was investigated in 16 batches based on the change in fluorescence (excitation at 360 nm, emission at 465 nm) as a function of time (■). The same preparation conditions were used as a control in the absence of the enzyme (♦). The kinetics show one due to the enymatic activity of the TRR, almost linear decrease in the fluorescence yield within 35-40 min, which then changes into a plateau area.
Abbildung 6: Lineweaver-Burk-Plot zur Bestimmung des K -Wertes von Thioredoxin (A) und NADPH (B). Die gemessenen Werte werden nach Lineweaver und Burk dargestellt, d.h. 1/V0 = 1/Vmax + 1/S x (KM/Vmax), worin V0 die anfängliche Reaktionsgeschwindigkeit, Vmax die maximal erreichbare Umsatzgeschwindigkeit und S die Substratkonzentarion ist. Vnιax und KM lassen sich dann als Abszissen- und Ordinatenabschnitt 1/Vmax bzw. 1/KM ablesen. Der KM-Wert für E. co/z'-Thioredoxin liegt bei 5 μM, der KM-Wert für NADPH liegt zwischen 20 und 40 μM.Figure 6: Lineweaver-Burk plot for determining the K value of thioredoxin (A) and NADPH (B). The measured values are presented according to Lineweaver and Burk, ie 1 / V 0 = 1 / V max + 1 / S x (K M / V max ), where V 0 is the initial reaction rate, V max the maximum achievable conversion rate and S the substrate concentration is. V nιax and K M can then be read as the abscissa and ordinate sections 1 / V max and 1 / K M, respectively. The K M value for E. co / z ' thioredoxin is 5 μM, the K M value for NADPH is between 20 and 40 μM.
Abbildung 7: Graphische Darstellung der Abnahme der Aktivität der Thioredoxin Reduktase (TRR1) bei Anwesenheit eines Inhibitors. Die Messung der Aktivität der TRR1 erfolgte anhand der Bestimmung der NADPH-Konzentration im Verlauf der Zeit. Eine geringere Abnahme der NADPH-Konzentration weist auf eine geringere bzw. inhibierte enzymatische Reaktion der TRR1 hin. Die Messungen erfolgten in Gegenwart verschiedener Konzentrationen an n-Ethylmaleimid. Die verwendeten Konzentrationen werden in der Legende angegeben. o.I. steht für die Reaktion in Abwesenheit des Inhibitors, also die ungehemmte Reaktion (Negativ-Kontrolle).Figure 7: Graphical representation of the decrease in the activity of thioredoxin reductase (TRR1) in the presence of an inhibitor. The activity of TRR1 was measured by determining the NADPH concentration over time. A smaller decrease in the NADPH concentration indicates a lower or inhibited enzymatic reaction of the TRR1. The measurements were carried out in the presence of different concentrations of n-ethylmaleimide. The concentrations used are given in the legend. O.I. stands for the reaction in the absence of the inhibitor, i.e. the uninhibited reaction (negative control).
SEQ ID NO:l Nukleinsäuresequenz kodierend für die Thioredoxin Reduktase aus Ustilago maydis.SEQ ID NO: 1 nucleic acid sequence coding for the thioredoxin reductase from Ustilago maydis.
SEQ ID NO: 2 Aminosäuresequenz der Thioredoxin Reduktase aus Ustilago maydis. SEQ ID NO: 2 amino acid sequence of Uiorago maydis thioredoxin reductase.
Definitionendefinitions
Unter dem Begriff "Homologie" bzw. "Identität" soll die Anzahl der übereinstimmenden Aminosäuren (Identität) mit anderen Proteinen, ausgedrückt in Prozent verstanden werden. Bevorzugt wird die Identität durch Vergleiche einer gegebenen Sequenz zu anderen Proteinen mit Hilfe von Computerprogrammen ermittelt. Weisen Sequenzen, die miteinander verglichen werden, unterschiedliche Längen auf, ist die Identität so zu ermitteln, dass die Anzahl an Aminosäuren, welche die kürzere Sequenz mit der längeren Sequenz gemeinsam hat, den prozentualen Anteil der Identität bestimmt. Die Identität kann standardmäßig mittels bekannten und der Öffentlichkeit zur Verfügung stehenden Computerprogrammen wie z.B. ClustalW (Thompson et al., Nucleic Acids Research 22 (1994), 4673-4680) ermittelt werden. ClustalW wird z.B. öffentich zur Verfügung gestellt von Julie Thompson (Thompson@EMBL-Heidelberg.DE) und Toby Gibson (Gibson@EMBL-Heidelberg.DE), European Molecular Biology Laboratory, Meyerhofstrasse 1, D 69117 Heidelberg, Germany. ClustalW kann ebenfalls von verschiedenen Internetseiten, u.a. beim IGBMC (Institut de Genetique et de Biologie Moleculaire et Cellulaire, B.P.163, 67404 Illkirch Cedex, France; ftp://ftp-igbmc.u-strasbg.fr/pub/) und beim EBI (ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/software/) sowie bei allen gespiegelten Internetseiten des EBI (European Bioinfo matics Institute, Wellcome Trust Genome Campus, Hinxton, Cambridge CB10 1SD, K), heruntergeladen werden. Wenn das ClustalW Computerprogramm der Version 1.8 benutzt wird, um die Identität zwischen z.B. einem gegebenen Referenzprotein und anderen Proteinen zu bestimmen, sind folgende Parameter einzustellen: KTUPLE=1, TOPDIAG=5, WINDOW=5, PAIRGAP=3, GAPOPEN=10, GAPEXTEND=0.05, GAPDIST=8, MAXDIV=40, MATRIX=GONNET, ENDGAPS(OFF), NOPGAP, NOHGAP. Eine Möglichkeit zum Auffinden von ähnlichen Sequenzen ist die Durchführung von Sequenzdatenbankrecherchen. Hierbei wird eine oder werden mehrere Sequenzen als sogenannte Abfrage ("query") vorgegeben. Diese Abfragesequenz wird dann mittels statistischen Computerprogrammen mit Sequenzen, die in den ausgewählten Datenbanken enthalten sind, verglichen. Solche Datenbankabfragen ("blast searches") sind dem Fachmann bekannt und können bei verschiedenen Anbietern durchgeführt werden. Wird eine solche Datenbankabfrage z.B. beim NCBI (National Center for Biotechnology Information, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) durchgeführt, so sollen die Standardeinstellungen, die für die jeweilige Vergleichsanfrage vorgegeben sind, benutzt werden. Für Proteinsequenzvergleiche ("blastp") sind dieses folgende Einstellungen: Limit entrez = nicht aktiviert; Filter = low complexity aktiviert; Expect value = 10; word size = 3; Matrix = BLOSUM62; Gap costs: Existence = 11, Extension = 1. Als Ergebnis einer solchen Abfrage werden neben anderenThe term "homology" or "identity" is to be understood as the number of matching amino acids (identity) with other proteins, expressed in percent. The identity is preferably determined by comparing a given sequence to other proteins with the aid of computer programs. If sequences which are compared with one another have different lengths, the identity is to be determined in such a way that the number of amino acids which the shorter sequence has in common with the longer sequence determines the percentage of identity. By default, the identity can be established by means of known computer programs available to the public, e.g. ClustalW (Thompson et al., Nucleic Acids Research 22 (1994), 4673-4680). ClustalW is e.g. made publicly available by Julie Thompson (Thompson@EMBL-Heidelberg.DE) and Toby Gibson (Gibson@EMBL-Heidelberg.DE), European Molecular Biology Laboratory, Meyerhofstrasse 1, D 69117 Heidelberg, Germany. ClustalW can also be accessed from various websites, including at the IGBMC (Institut de Genetique et de Biologie Moleculaire et Cellulaire, BP163, 67404 Illkirch Cedex, France; ftp://ftp-igbmc.u-strasbg.fr/pub/) and at the EBI (ftp: //ftp.ebi .ac.uk / pub / software /) and from all mirrored websites of the EBI (European Bioinfo matics Institute, Wellcome Trust Genome Campus, Hinxton, Cambridge CB10 1SD, K). If the ClustalW computer program version 1.8 is used to establish the identity between e.g. To determine a given reference protein and other proteins, set the following parameters: KTUPLE = 1, TOPDIAG = 5, WINDOW = 5, PAIRGAP = 3, GAPOPEN = 10, GAPEXTEND = 0.05, GAPDIST = 8, MAXDIV = 40, MATRIX = GONNET, ENDGAPS (OFF), NOPGAP, NOHGAP. One way to find similar sequences is to perform sequence database searches. Here, one or more sequences are specified as a so-called query. This query sequence is then compared using statistical computer programs with sequences that are contained in the selected databases. Such database queries ("blast searches") are known to the person skilled in the art and can be carried out at various providers. If such a database query e.g. carried out at the NCBI (National Center for Biotechnology Information, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), the standard settings that are specified for the respective comparison request should be used. For protein sequence comparisons ("blastp") these are the following settings: Limit entrez = not activated; Filter = low complexity activated; Expect value = 10; word size = 3; Matrix = BLOSUM62; Gap costs: Existence = 11, Extension = 1. As a result of such a query, among others
, Parametern auch der Anteil an Identität zwischen der Abfragesequenz und den in den Datenbanken aufgefundenen ähnlichen Sequenzen dargestellt. Unter einem erfindungsgemäßen Protein sollen daher im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung solche Proteine verstanden werden, die bei der Verwendung mindestens einer der vorstehend beschriebenen Methoden zur Identitätsbestimmung eine Identität von mindestens 70 % aufweisen, bevorzugt von mindestens 75 %, besonders bevorzugt von mindestens 80 %, weiter bevorzugt von mindestens 85 %, und insbesondere von mindestens 90 %., Parameters also show the proportion of identity between the query sequence and the similar sequences found in the databases. A protein according to the invention should therefore be understood in connection with the present invention to mean those proteins which when using at least one of the methods described above for identity determination have an identity of at least 70%, preferably of at least 75%, particularly preferably of at least 80%, more preferably of at least 85%, and in particular of at least 90%.
Der Ausdruck "vollständige Thioredoxin Reduktase" wie er hierin verwendet wird, beschreibt eineThe term "complete thioredoxin reductase" as used herein describes one
Thioredoxin Reduktase, die von einer vollständigen kodierenden Region einer Transkriptionseinheit kodiert wird, umfassend ein ATG-Startcodon und umfassend alle informationstragenden Exonbereiche des im Herkunftsorganismus vorliegenden, für eine Thioredoxin Reduktase kodierenden Gens, sowie die für eine korrekte Termination der Transkription nötigen Signale.Thioredoxin reductase, which is encoded by a complete coding region of a transcription unit, comprising an ATG start codon and comprising all information-bearing exon regions of the gene coding for a thioredoxin reductase present in the organism of origin, as well as the signals necessary for correct termination of the transcription.
Der Ausdruck "biologische Aktivität einer Thioredoxin Reduktase" wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf die Fähigkeit eines Polypeptids, die vorstehend beschriebene Reaktion, d.h. die Reduktion von Thioredoxin in seiner Disulfid-Form zu Thioredoxin mit freien SH-Gruppen unter Verbrauch von NADPH+H1" zu katalysieren (Abbildung 1). Charakteristisch für Thioredoxin Reduktasen sind zwei Cystein-Reste und die diese Cystein-Reste umgebenden Aminosäuren (Abbildung 2).The term "biological activity of a thioredoxin reductase" as used in the present context refers to the ability of a polypeptide to effect the reaction described above, ie the reduction of thioredoxin in its disulfide form to thioredoxin with free SH groups using NADPH + H 1 " (Figure 1). Two cysteine residues and the amino acids surrounding these cysteine residues are characteristic of thioredoxin reductases (Figure 2).
Der Ausdruck "aktives Fragment" wie er hierin verwendet wird, beschreibt nicht mehr vollständige Nukleinsäuren kodierend für Thioredoxin Reduktase, die aber noch für Polypeptide mit der biologischen Aktivität einer Thioredoxin Reduktase kodieren, und die eine für die Thioredoxin Reduktase charakteristische Reaktion wie vorne beschrieben katalysieren können. Solche Frag- mente sind kürzer als die oben beschriebenen vollständigen, für die Thioredoxin Reduktase kodierenden Nukleinsäuren. Dabei können sowohl an den 3'- und/oder 5 '-Enden der Sequenz Nukleinsäuren entfernt worden sein, es können aber auch Teile der Sequenz deletiert, d.h. entfernt worden sein, die die biologische Aktivität der Thioredoxin Reduktase nicht entscheidend beeinträchtigen. Eine geringere oder gegebenenfalls auch eine erhöhte Aktivität, die aber noch die Charakterisierung bzw. Verwendung des resultierenden Thioredoxin Reduktase Fragments gestattet, wird dabei als ausreichend im Sinne des hier verwendeten Ausdrucks verstanden. Der Ausdruck "aktives Fragment" kann sich ebenso auf die Aminosäuresequenz der Thioredoxin Reduktase beziehen und gilt dann analog den obigen Ausführungen für solche Polypeptide, die im Vergleich zur oben definierten vollständigen Sequenz bestimmte Teile nicht mehr enthalten, wobei die biologische Aktivität des Enzyms jedoch nicht entscheidend beeinträchtigt ist. Die Fragmente können dabei verschiedene Länge besitzen.The term "active fragment" as used herein no longer describes complete nucleic acids coding for thioredoxin reductase, but which still code for polypeptides with the biological activity of a thioredoxin reductase and which can catalyze a reaction characteristic of the thioredoxin reductase as described above , Such fragments are shorter than the complete nucleic acids encoding thioredoxin reductase described above. Nucleic acids may have been removed both at the 3 'and / or 5' ends of the sequence, but parts of the sequence can also be deleted, i.e. have been removed that do not significantly affect the biological activity of the thioredoxin reductase. A lower or possibly also an increased activity, which, however, still allows the characterization or use of the resulting thioredoxin reductase fragment, is understood to be sufficient in the sense of the expression used here. The expression "active fragment" can also refer to the amino acid sequence of thioredoxin reductase and then applies analogously to the above explanations for those polypeptides which, in comparison to the complete sequence defined above, no longer contain certain parts, the biological activity of the enzyme, however, not being decisive is impaired. The fragments can have different lengths.
Die Begriffe "Thioredoxin Reduktase-Hemmtest" oder "Hemmtest " wie sie hierin verwendet werden, beziehen sich auf ein Verfahren bzw. einen Test, der es gestattet, die Inhibition der enzymatischen Aktivität eines Polypeptids mit der Aktivität einer Thioredoxin Reduktase durch eine oder mehrere chemische Verbindungen (Kandidatenverbindung(en)) zu erkennen, wodurch die chemische Verbindung als Inhibitor der Thioredoxin Reduktase identifiziert werden kann.The terms "thioredoxin reductase inhibition test" or "inhibition test" as used herein refer to a method or a test which allows the inhibition of the enzymatic activity of a polypeptide with the activity of a thioredoxin reductase recognize one or more chemical compounds (candidate compound (s)), whereby the chemical compound can be identified as an inhibitor of thioredoxin reductase.
Der Ausdruck "Gen", wie er hierin verwendet wird, ist die Bezeichnung für einen Abschnitt aus dem Genom einer Zelle, der für die Synthese einer Polypeptid-Kette verantwortlich ist.The term "gene" as used herein is the term for a portion of the genome of a cell that is responsible for the synthesis of a polypeptide chain.
Der Ausdruck "Fungizid" bzw. "fungizid" wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf chemische Verbindungen, die zur Bekämpfung von human-, tier- und pflanzenpathogenen Pilzen, insbesondere von pflanzenpathogenen Pilzen geeignet sind. Solche pflanzenpathogene Pilze werden nachfolgenden genannt, wobei die Aufzählung nicht abschließend ist:The term "fungicide" or "fungicidal" as used herein refers to chemical compounds which are suitable for combating fungi which are pathogenic to humans, animals and plants, in particular fungi which are pathogenic to plants. Such phytopathogenic fungi are mentioned below, the list is not exhaustive:
Plasmodiophoromycetes, Oomycetes, Chytridiomycetes, Zygomycetes, Ascomycetes, Basidiomy- cetes und Deuteromycetes, z.B.Plasmodiophoromycetes, Oomycetes, Chytridiomycetes, Zygomycetes, Ascomycetes, Basidiomycetes and Deuteromycetes, e.g.
Pythium-Arten, wie beispielsweise Pythium ultimum, Phytophthora-Arten, wie beispielsweise Phytophthora infestans, Pseudoperonospora-Arten, wie beispielsweise Pseudoperonospora humuli oder Pseudoperonospora cubensis, Plasmopara-Arten, wie beispielsweise Plasmopara viticola, Bremia-Arten, wie beispielsweise Bremia lactucae, Peronospora-Arten, wie beispielsweise Peronospora pisi oder P. brassicae, Erysiphe- Arten, wie beispielsweise Erysiphe graminis,Pythium species, such as, for example, Pythium ultimum, Phytophthora species, such as, for example, Phytophthora infestans, Pseudoperonospora species, such as, for example, Pseudoperonospora humuli or Pseudoperonospora cubensis, Plasmopara species, such as, for example, Plasmopara viticola, Bremia species, such as, for example, Bremia lactucae, Peronospor Species, such as, for example, Peronospora pisi or P. brassicae, Erysiphe species, such as, for example, Erysiphe graminis,
Sphaerotheca-Arten, wie beispielsweise Sphaerotheca fuliginea, Podosphaera-Arten, wie beispielsweise Podosphaera leucotricha, Venturia-Arten, wie beispielsweise Venturia inaequalis, Pyrenophora-Arten, wie beispielsweise Pyrenophora teres oder P. graminea (Konidienform: Drechslera, Syn: Helminthosporium), Cochliobolus-Arten, wie beispielsweise Cochliobolus sativus (Konidienform: Drechslera, Syn: Helminthosporium), Uromyces-Arten, wie beispielsweiseSphaerotheca species, such as, for example, Sphaerotheca fuliginea, Podosphaera species, such as, for example, Podosphaera leucotricha, Venturia species, such as, for example, Venturia inaequalis, Pyrenophora species, such as, for example, Pyrenophora teres or P. graminea (conidial form: Drechslera, Syn: Helminthosobol Species, such as, for example, Cochliobolus sativus (conidial form: Drechslera, Syn: Helminthosporium), Uromyces species, such as
Uromyces appendiculatus, Puccinia-Arten, wie beispielsweise Puccinia recondita, Sclerotinia-Arten, wie beispielsweise Sclerotinia sclerotiorum, Tilletia-Arten, wie beispielsweise Tilletia caries; Ustilago-Arten, wie beispielsweise Ustilago nuda oder Ustilago avenae, Pellicularia-Arten, wie beispielsweise Pellicularia sasakii, Pyricularia-Arten, wie beispielsweise Pyricularia oryzae, Fusarium-Arten, wie beispielsweise - Fusaήum culmorum, Botrytis-Arten, Septoria-Arten, wie beispielsweise Septoria nodorum, Leptosphaeria-Arten, wie beispielsweise Leptosphaeria nodorum, Cercospora-Arten, wie beispielsweise Cercospora canescens, Alternaria-Arten, wie beispielsweise Alternaria brassicae oder Pseudocercosporella-Arten, wie beispielsweise Pseudocercosporella herpotrichoides.Uromyces appendiculatus, Puccinia species, such as, for example, Puccinia recondita, Sclerotinia species, such as, for example, Sclerotinia sclerotiorum, Tilletia species, such as, for example, Tilletia caries; Ustilago species, such as, for example, Ustilago nuda or Ustilago avenae, Pellicularia species, such as, for example, Pellicularia sasakii, Pyricularia species, such as, for example, Pyricularia oryzae, Fusarium species, such as, for example - Fusaήum culmorum, Botrytis species, Septoria species, such as, for example Septoria nodorum, Leptosphaeria species such as Leptosphaeria nodorum, Cercospora species such as Cercospora canescens, Alternaria species such as Alternaria brassicae or Pseudocercosporella species such as Pseudocercosporella herpotrichoides.
Von besonderem Interesse sind z.B. auch Magnaporthe grisea, Cochliobulus heterostrophus,Of particular interest are e.g. also Magnaporthe grisea, Cochliobulus heterostrophus,
Nectria hematococcus and Phytophtora species. Fungizide Wirkstoffe, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Thioredoxin Reduktasen aus pflanzen- , pathogenen Pilzen gefunden werden, können aber auch mit Thioredoxin Reduktasen aus human- pathogenen Pilzspezies interagieren, wobei die Interaktion mit den unterschiedlichen in diesen Pilzen vorkommenden Thioredoxin Reduktasen nicht immer gleich stark sein muss.Nectria hematococcus and Phytophtora species. Fungicidal active ingredients which are found with the aid of the thioredoxin reductases according to the invention from plant-pathogenic fungi can also interact with thioredoxin reductases from human-pathogenic fungus species, the interaction with the different thioredoxin reductases occurring in these fungi not always having to be equally strong ,
Gegenstand der vorliegenden Erfindungen ist deshalb auch die Verwendung von Inhibitoren derThe present invention therefore also relates to the use of inhibitors of
Thioredoxin Reduktase zum Herstellen von Mitteln zur Behandlung von durch humanpathόgene Pilze hervorgerufenen Erkrankungen.Thioredoxin reductase for the manufacture of agents for the treatment of diseases caused by human pathogenic fungi.
Dabei sind die folgenden humanpathogenen Pilze von besonderem Interesse, die die nachfolgend genannten Krankheitsbilder hervorrufen können:The following human pathogenic fungi are of particular interest, which can cause the following clinical pictures:
Dermatophyten, wie z.B. Trichophyton spec, Microsporum spec, Epidermophyton floccosum oderDermatophytes, e.g. Trichophyton spec, Microsporum spec, Epidermophyton floccosum or
Keratomyces ajelloi, die z.B. Fußmykosen (Tinea pedis) hervorrufen,Keratomyces ajelloi, e.g. Cause foot mycoses (tinea pedis),
Hefen, wie z.B. Candida albicans, die Soor-Ösophagitis und Dermatitis hervorruft, Candida glabrata, Candida krusei oder Cryptococcus neoformans, die z.B. pulmonale Cryptococcose und auch Torulose hervorrufen können,Yeasts such as Candida albicans, which causes thrush esophagitis and dermatitis, Candida glabrata, Candida krusei or Cryptococcus neoformans, which e.g. can cause pulmonary cryptococcosis and also torulose,
Schimmelpilze, wie z.B. Aspergiltus fumigatus, A. flavus, A. niger, die z.B. bronchopulmonaleMold, such as Aspergiltus fumigatus, A. flavus, A. niger, e.g. bronchopulmonary
Aspergillose oder Pilzsepsis hervorrufen, Mucor spec, Absidia spec, oder Rhizopus spec, die z.B. Zygomykosen (intravasale Mykosen) hervorrufen, Rhinosporidium seeberi, der z.B. chronische granulomatöse Pharyngitis und Tracheitis hervorruft, Madurella myzetomatis, der z.B. subkutane Myzetome hervorruft, Histoplasma capsulatum, der z.B. retikuloendotheliale Zytomykose und M. Darling hervorruft, Coccidioides immitis, der Z: B. pulmonale Coccidioidomykose und Sepsis hervorruft, Paracoccidioides brasiliensis, der z.B. brasilianische Blastomykose hervorruft, Blastomyces dermatitidis, der z.B. Gilchrist-Krankheit und nordamerikanische Blastomykose hervorruft, Loboa loboi, der z.B. Keloid-Blastomykose und Lobo's Krankheit hervorruft, und Sporothrix schenckii, der z.B. Sporotrichose (granulomatöse Hautmykose) hervorruft.Cause aspergillosis or fungal sepsis, Mucor spec, Absidia spec, or Rhizopus spec. Cause zygomycoses (intravascular mycoses), Rhinosporidium seeberi, which e.g. chronic granulomatous pharyngitis and tracheitis, Madurella myzetomatis, which e.g. causes subcutaneous mycetomas, Histoplasma capsulatum, which e.g. reticuloendothelial cytomycosis and Darling disease, Coccidioides immitis, which causes Z: B. pulmonary coccidioidomycosis and sepsis, Paracoccidioides brasiliensis, which e.g. Brazilian blastomycosis, Blastomyces dermatitidis, which e.g. Gilchrist's disease and North American blastomycosis, Loboa loboi, which e.g. Keloid blastomycosis and Lobo's disease, and Sporothrix schenckii, e.g. Sporotrichosis (granulomatous skin mycosis).
Fungizide Wirkstoffe, die mit Hilfe einer aus einem bestimmten Pilz, hier aus Ustilago maydis, gewonnenen Thioredoxin Reduktase gefunden werden, können also "auch mit Thioredoxin Reduktasen aus anderen zahlreichen Pilzspezies, gerade auch mit pflanzenpathogenen Pilzen interagieren, wobei die Interaktion mit den unterschiedlichen in diesen Pilzen vorkommenden Thioredoxin Reduktasen nicht immer gleich stark sein muss. Dies erklärt unter anderem die beobachtete Selektivität der an diesem Enzym wirksamen Substanzen.Fungicidal active ingredients which are found with the aid of a thioredoxin reductase obtained from a particular fungus, here from Ustilago maydis, can therefore also " interact with thioredoxin reductases from other numerous fungal species, especially with phytopathogenic fungi, the interaction with the different ones in these Thioredoxin reductases occurring in fungi do not always have to be of the same strength, which explains, among other things, the observed selectivity of the substances active on this enzyme.
Der Ausdruck "homologer Promotor", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf einen Promotor, der im Ursprungsorganismus die Expression des betreffenden Gens kontrolliert. Der Ausdruck "heterologer Promotor", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf einen Promotor, der andere Eigenschaften als derjenige Promotor aufweist, der im Ursprungsorganismus die Expression des betreffenden Gens kontrolliert.The term "homologous promoter" as used in the present context refers to a promoter which controls the expression of the gene in question in the original organism. The The term "heterologous promoter" as used in the present context refers to a promoter which has different properties than the promoter which controls the expression of the gene in question in the original organism.
Der Ausdruck "Kompetitor" wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf die Eigenschaft der Verbindungen, mit anderen, gegebenenfalls zu identifizierenden Verbindungen um die Bindung an der Thioredoxin Reduktase zu kompetitieren und diese vom Enzym zu verdrängen bzw. von dieser verdrängt zu werden.The term “competitor” as used in the present context refers to the property of the compounds to compete with other, if necessary, identifiable compounds in order to compete for binding to the thioredoxin reductase and to displace or be displaced by the enzyme.
Der Ausdruck "Inhibitor" bzw. "spezifischer Inhibitor", wie er hierin gebraucht wird, bezeichnet eine Substanz, die direkt eine enzymatische Aktivität der Thioredoxin Reduktase inhibiert. Ein • solcher Inhibitor ist vorzugsweise "spezifisch", d.h. er inhibiert gezielt die Thioredoxin Reduktase- Aktivität bei einer Konzentration die niedriger ist als die Konzentration eines Inhibitors, die benötigt wird, um einen anderen, damit nicht verbundenen Effekt hervorzurufen. Vorzugsweise ist die Konzentration zweifach niedriger, insbesondere bevorzugt fünffach niedriger und ganz besonders bevorzugt zumindest zehnfach oder 20fach niedriger als die Konzentration einer Ver- bindung, die zum Hervorrufen eines unspezifischen Effekts benötigt wird.The term "inhibitor" or "specific inhibitor" as used herein denotes a substance that directly inhibits an enzymatic activity of the thioredoxin reductase. A • Such an inhibitor preferably is "specific", ie it inhibits specifically the thioredoxin reductase activity at a concentration which is lower than the cause concentration of an inhibitor that is required to another, so that unbonded effect. The concentration is preferably two times lower, particularly preferably five times lower and very particularly preferably at least ten times or 20 times lower than the concentration of a compound which is required to produce an unspecific effect.
Der Ausdruck "Modulator", wie er hierin verwendet wird, stellt einen Oberbegriff für Inhibitoren und Aktivatoren dar. Modulatoren können kleine organisch-chemische Moleküle, Peptide oder Antikörper sein, die an die erfindungsgemäßen Polypeptide binden bzw. die deren Aktivität beeinflussen. Weiterhin können Modulatoren kleine organisch-chemische Moleküle, Peptide oder Antikörper sein, die an ein Molekül binden, welches wiederum an die erfindungsgemäßen Polypeptide bindet, und dadurch deren biologische Aktivität beeinflusst. Modulatoren können natürliche Substrate und Liganden darstellen oder strukturelle oder funktionelle Mimetika davon. Bevorzugt handelt es sich beim Ausdruck "Modulator", wie er hierin verwendet wird, jedoch um solche Moleküle, die nicht die natürlichen Substrate bzw. Liganden darstellen. The term "modulator" as used herein represents a generic term for inhibitors and activators. Modulators can be small organic chemical molecules, peptides or antibodies which bind to the polypeptides according to the invention or which influence their activity. Furthermore, modulators can be small organic chemical molecules, peptides or antibodies which bind to a molecule which in turn binds to the polypeptides according to the invention and thereby influences their biological activity. Modulators can be natural substrates and ligands, or structural or functional mimetics thereof. The term "modulator" as used herein is preferably, however, those molecules which do not represent the natural substrates or ligands.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
In der vorliegenden Erfindung wird zum ersten Mal die vollständige Sequenz einer Thioredoxin Reduktase aus dem pflanzenpathogenen Pilz Ustilago maydis zur Verfügung gestellt, die die weitere Erforschung von Thioredoxin Reduktasen insbesondere aus pflanzenpathogenen Pilzen und damit die Erschließung eines neuen Zielproteins für die Identifizierung neuer fungiziderIn the present invention for the first time the complete sequence of a thioredoxin reductase from the plant pathogenic fungus Ustilago maydis is made available, which further research of thioredoxin reductases in particular from plant pathogenic fungi and thus the development of a new target protein for the identification of new fungicidal
Wirkstoffe ermöglicht.Active ingredients enables.
Trotz der umfangreichen Forschung an der Thioredoxin Reduktase war bislang unbekannt, dass die Thioredoxin Reduktase in Pilzen ein Zielprotein (ein so genanntes "Target") fungizid wirksamer Substanzen sein kann. Damit wird in der vorliegenden Erfindung zum ersten Mal gezeigt, dass die Thioredoxin Reduktase ein insbesondere für Pilze wichtiges Enzym darstellt und deshalb in besonderem Maße dazu geeignet ist, als Zielprotein für die Suche nach weiteren und verbesserten fungizid wirksamen Wirkstoffen verwendet zu werden.Despite the extensive research on thioredoxin reductase, it was previously unknown that thioredoxin reductase in fungi can be a target protein (a so-called "target") of fungicidally active substances. This shows for the first time in the present invention that thioredoxin reductase is an enzyme that is particularly important for fungi and is therefore particularly suitable for use as a target protein in the search for further and improved fungicidally active compounds.
Inhibitoren der Thioredoxin Reduktase mit einer fungiziden Wirkung wurden bisher nicht beschrieben. Zwar verweisen verschiedene Veröffentlichung auf die besondere Rolle der Thioredoxin Reduktase für den Stoffwechsel von Organismen wie z.B. des HefepilzesSo far, inhibitors of thioredoxin reductase with a fungicidal activity have not been described. Various publications refer to the special role of thioredoxin reductase in the metabolism of organisms such as of the yeast
Saccharomyces cerevisiae. So werden in Hefe zwei Gene als Thioredoxinreduktasen annotiert, wobei TRR1 cytoplasmatisch lokalisiert ist und TRR2 mitochondrial vermutet wird. Deletions- mutanten von TRR2 sind lebensfähig, hypersensitiv gegenüber Wasserstofφeroxid, zeigen temperatursensitives Wachstum und sind auxotroph für Methionin (Machado et al., 1997; Pearson und Merril, 1998), während Deletionsmutanten der cytoplasmatischen TRR1 lebensunfähig sindSaccharomyces cerevisiae. In yeast, two genes are annotated as thioredoxin reductases, whereby TRR1 is localized cytoplasmic and TRR2 is suspected mitochondrial. Deletion mutants of TRR2 are viable, hypersensitive to hydrogen peroxide, show temperature-sensitive growth and are auxotrophic for methionine (Machado et al., 1997; Pearson and Merril, 1998), while deletion mutants of the cytoplasmic TRR1 are not viable
(Giaever et al, 2002). In einer anderen Untersuchung war die trri-Nullmutante lebensfällig, zeigte aber nur sehr langsames Wachstum, trrl- Mutationen waren ebenfalls gegenüber Wasserstoffperoxid empfindlich. Mutationen im Thioredoxinreduktase-Gen von Neurospora crassa verursachen Cystein-Auxotrophie (K. Onai und H. Nakashima, 1997). Allerdings nimmt keine der Veröffentlichungen Stellung zu der Frage, ob das Enzym Thioredoxin Reduktase durch(Giaever et al, 2002). In another study, the trri null mutant was fatal, but showed only very slow growth, trrl mutations were also sensitive to hydrogen peroxide. Mutations in the thioredoxin reductase gene from Neurospora crassa cause cysteine auxotrophy (K. Onai and H. Nakashima, 1997). However, none of the publications comment on the question whether the enzyme thioredoxin reductase is by
Wirkstoffe beeinflusst, z.B. inhibiert werden kann, und ob die Bekämpfung von Pilzen, insbesondere von pflanzenpathogenen Pilzen, in vivo mit einem die Thioredoxin Reduktase modulierenden Wirkstoff möglich ist. Die Thioredoxin Reduktase wurde damit als Zielprotein für Fungizide bislang noch nicht beschrieben. Es sind keine Wirkstoffe bekannt, die eine fungizide Wirkung aufweisen und deren Wirkort die Thioredoxin Reduktase ist.Active substances influenced, e.g. can be inhibited, and whether the control of fungi, in particular phytopathogenic fungi, is possible in vivo with an active ingredient which modulates the thioredoxin reductase. The thioredoxin reductase has not yet been described as a target protein for fungicides. There are no known active ingredients which have a fungicidal action and whose place of action is thioredoxin reductase.
Im'Rahmen der vorliegenden Erfindung konnte gezeigt werden, dass die Thioredoxin Reduktase bei pflanzenpathogenen Pilzen überraschenderweise ein Angriffspunkt oder "Target" für fungizide Wirkstoffe ist, die Inhibition der Thioredoxin Reduktase also zur Schädigung oder zum Absterben des Pilzes führt. So wurde im pflanzenpathogenen Pilz Ustilago maydis ein für eine Thioredoxinreduktase codierendes Gen identifiziert (Um 140_5). Der Knock-out dieses Gens erwies sich als letal (Beispiel 1). In weiteren Versuchen, die auf die Zugänglichkeit der Thioredoxin Reduktase für Wirkstoffe in vitro und auch in vivo gerichtet waren, konnte gezeigt werden, dass die Thioredoxin Reduktase zum Identifizieren von Modulatoren bzw. Inhibitoren seiner enzymatischen Aktivität in geeigneten Testverfahren verwendet werden kann, was bei einerIn the context of the present invention it could be shown that the thioredoxin reductase is surprisingly a target or "target" for fungicidal active substances in phytopathogenic fungi, the inhibition of the thioredoxin reductase thus leading to damage or death of the fungus. So in the plant pathogenic fungus Ustilago maydis one for one Gene coding for thioredoxin reductase identified (um 140_5). Knock-out of this gene was found to be lethal (Example 1). In further experiments, which were directed towards the accessibility of the thioredoxin reductase for active substances in vitro and also in vivo, it could be shown that the thioredoxin reductase can be used in suitable test methods for identifying modulators or inhibitors of its enzymatic activity, which can be used in a
Reihe von theoretisch interessanten Targets nicht selbstverständlich ist.A series of theoretically interesting targets cannot be taken for granted.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde schließlich ein Verfahren entwickelt, das geeignet ist, die Aktivität der Thioredoxin Reduktase sowie die Hemmung dieser Aktivität durch eine chemische Verbindung in einem so genannten Hemmtest zu bestimmen, um auf diese Weise Inhibitoren des Enzyms z.B. in HTS- und UHTS-Verfahren zu identifizieren und deren fungizideIn the context of the present invention, a method was finally developed which is suitable for determining the activity of the thioredoxin reductase and the inhibition of this activity by a chemical compound in a so-called inhibition test, in order in this way to inhibit the enzyme, e.g. in HTS and UHTS processes to identify and their fungicidal
Eigenschaften zu bestimmen.To determine properties.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde schließlich ebenfalls gefunden, dass die Thioredoxin Reduktase in vivo durch Wirkstoffe inhibiert werden kann und ein mit diesen Wirkstoffen behandelter pilzlicher Organismus durch die Behandlung mit diesen Wirkstoffen geschädigt und abgetötet werden kann. Die Inhibitoren einer pilzlichen Thioredoxin Reduktase können also als Fungizide im Pflanzenschutz oder als Antimykotika in Pharmaindikationen verwendet werden. In der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise gezeigt, dass die Hemmung der Thioredoxin Reduktase mit einer in einem erfindungsgemäßen Verfahren identifizierten Substanzen zum Absterben der behandelten Pilze in synthetischen Medien bzw. auf der Pflanze führt.Finally, it was also found in the context of the present invention that thioredoxin reductase can be inhibited in vivo by active substances and that a fungal organism treated with these active substances can be damaged and killed by treatment with these active substances. The inhibitors of a fungal thioredoxin reductase can therefore be used as fungicides in crop protection or as antifungals in pharmaceutical indications. In the present invention it is shown, for example, that the inhibition of the thioredoxin reductase with a substance identified in a method according to the invention leads to the death of the treated fungi in synthetic media or on the plant.
Thioredoxin Reduktasen können aus verschiedenen pflanzenpathogenen oder auch aus human- oder tierpathogenen Pilzen gewonnen werden, z.B. aus Pilzen wie dem pflanzenpathogenen Pilz U maydis. Zur Herstellung der Thioredoxin Reduktase aus Pilzen kann das Gen z.B. rekombinant in Escherichia coli exprimiert und aus E. coli Zellen eine Enzympräparation hergestellt werden (Beispiel 2). Bevorzugt werden Thioredoxin Reduktasen aus pflanzenpathogenen Pilzen verwendet, um im Pflanzenschutz einsetzbare Fungizide zu identifizieren. Ist das Ziel die Identifizierung von Fungiziden bzw. Antimycotika, die in Pharmaindikationen verwendet werden sollen, empfiehlt sich der Einsatz von Thioredoxin Reduktasen aus human- bzw. tierpathogenen Pilzen.Thioredoxin reductases can be obtained from various phytopathogenic or also from human or animal pathogenic fungi, e.g. from fungi such as the plant pathogenic fungus U maydis. For the production of the thioredoxin reductase from fungi, the gene can e.g. recombinantly expressed in Escherichia coli and an enzyme preparation is produced from E. coli cells (Example 2). Thioredoxin reductases from phytopathogenic fungi are preferably used to identify fungicides which can be used in crop protection. If the goal is to identify fungicides or antimycotics that are to be used in pharmaceutical indications, the use of thioredoxin reductases from human or animal pathogenic fungi is recommended.
So wurde für die Expression des von trrl kodierten Polypeptids TRR1 aus U. maydis der zuge- hörige ORF mittels PCR nach dem Fachmann bekannten Methoden über ausgewählte Primer amplifiziert. Die entsprechende DNA wurde in den Expressionsvektor pTrcHis2-TOPO kloniert, so dass das TRR-Protein ausgehend vom Plasmid ptrcTRRlO mit einem C-terminalen His6-Tag exprimiert wird (Beispiel 2). Zur Expression der TRR1 wurde das Plasmid ptrcTRRlO in E.coli BL21(DE3) transformiert. Das trrl-Gen aus Ustilago maydis besitzt eine Größe von 1053 bp, es enthält kein hitron. UM 140_5 (trrl) codiert für ein Polypeptid von 351 Aminosäuren Länge mit einem Molekulargewicht von 39000 Dalton (Abbildung 3).Thus, for the expression of the U. maydis polypeptide TRR1 encoded by trrl, the associated ORF was amplified by means of PCR using selected primers using methods known to the person skilled in the art. The corresponding DNA was cloned into the expression vector pTrcHis2-TOPO, so that the TRR protein is expressed starting from the plasmid ptrcTRRlO with a C-terminal His 6 tag (Example 2). To express the TRR1, the plasmid ptrcTRR10 was transformed into E. coli BL21 (DE3). The trrl gene from Ustilago maydis has a size of 1053 bp, es does not contain hitron. UM 140_5 (trrl) codes for a polypeptide of 351 amino acids in length with a molecular weight of 39000 daltons (Figure 3).
In der vorliegenden Erfindung wird damit auch eine vollständige genomische Sequenz eines pflanzenpathogenen Pilzes kodierend für eine Thioredoxin Reduktase zur Verfügung gestellt, und deren Verwendung bzw. die Verwendung des davon kodierten Polypeptids zur Identifizierung vonThe present invention thus also provides a complete genomic sequence of a phytopathogenic fungus coding for a thioredoxin reductase, and its use or the use of the polypeptide encoded thereby for the identification of
Inhibitoren des Enzyms beschrieben.Inhibitors of the enzyme are described.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb auch die für ein Polypeptid mit der enzymatischen Funktion einer Thioredoxin Reduktase kodierende Nukleinsäure aus dem Pilz Ustilago maydis.The present invention therefore also relates to the nucleic acid from the fungus Ustilago maydis which codes for a polypeptide with the enzymatic function of a thioredoxin reductase.
Thioredoxin Reduktasen teilen sich homologe Bereiche. Typisch für Thioredoxin Reduktasen ist eine konservierte Region enthaltend zwei Cysteine, die an der redox-aktiven Disulfidbrücke beteiligt sind. Auch die diese beiden Cysteine umgebenden Sequenzen sind charakteristisch für Thioredoxin Reduktasen.Thioredoxin reductases share homologous areas. A conserved region containing two cysteines, which are involved in the redox-active disulfide bridge, is typical for thioredoxin reductases. The sequences surrounding these two cysteines are also characteristic of thioredoxin reductases.
Diese Cysteine und ihre Sequenzumgebung ist ein für Thioredoxin Reduktasen charakteristisches Sequenzmerkmal. Durch eine geeignete Suche in der PROSITE database kann ein solches Motiv identifiziert werden (Hofmann et al., 1999),This cysteine and its sequence environment is a characteristic of the sequence for thioredoxin reductases. Such a motif can be identified by a suitable search in the PROSITE database (Hofmann et al., 1999),
C-x(2)-C-D-[GA]-x(2,4)-[FY]-x(4)-[LIVM]-x-[LIVM](2)-G(3)- [DNj,C-x (2) -C-D- [GA] -x (2,4) - [FY] -x (4) - [LIVM] -x- [LIVM] (2) -G (3) - [DNj,
wobei die beiden Cysteine die Disulfidbrücke bilden.the two cysteines forming the disulfide bridge.
PROSITE ermöglicht Polypeptiden eine Funktion zuzuordnen und somit Thioredoxin Reduktasen als solche zu erkennen.PROSITE enables polypeptides to be assigned a function and thus to recognize thioredoxin reductases as such.
Bei der Darstellung des Prosite Motivs wird der "Ein-Buchstaben-Code" verwendet. Das Symbol "x" steht für eine Position, an der jede Aminosäure akzeptiert wird. Eine variable Position, an der verschiedene bestimmte Aminosäuren akzeptiert werden, wird in eckigen Klammern "[...]" dargestellt, wobei die an dieser Position möglichen Aminosäuren aufgezählt werden. Aminosäuren, die an einer bestimmten Position nicht akzeptiert werden, stehen dagegen in geschweiften Klammern " {...}". Ein Gedankenstrich "-" trennt die einzelnen Elemente bzw. Positionen des Motivs. Wiederholt sich eine bestimmte Position, z.B. "x", mehrfach hintereinander, kann dies durch Angabe der Zahl der Wiederholungen in einer nachfolgenden Klammer dargestellt werden, z.B. "x (3)", was für "x-x-x" steht.The "one-letter code" is used to display the Prosite motif. The symbol "x" stands for a position where every amino acid is accepted. A variable position at which various specific amino acids are accepted is shown in square brackets "[...]", whereby the possible amino acids at this position are listed. Amino acids that are not accepted at a certain position, however, are enclosed in curly brackets "{...}". A dash "-" separates the individual elements or positions of the motif. Repeats a certain position, e.g. "x", several times in succession, this can be represented by specifying the number of repetitions in a subsequent bracket, e.g. "x (3)" which stands for "x-x-x".
Ein Prosite Motiv stellt also letztlich die Komponenten einer Konsensussequenz dar, sowie Abstände zwischen den beteiligten Aminosäuren und ist damit typisch für eine bestimmte Enzym- klasse. Anhand dieses Motivs können auf Basis der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren weitere Polypeptide aus pflanzenpathogenen Pilzen indentifiziert bzw. zugeordnet werden, die zur selben Klasse wie das erfindungsgemäße Polypeptid gehören und deshalb auch in erfindungsgemäßer Weise verwendet werden können.A Prosite motif ultimately represents the components of a consensus sequence, as well as the distances between the amino acids involved and is therefore typical for a specific enzyme great. On the basis of the nucleic acids according to the invention, this motif can be used to identify or assign further polypeptides from phytopathogenic fungi which belong to the same class as the polypeptide according to the invention and can therefore also be used in the manner according to the invention.
Im Falle der Thioredoxin Reduktase aus U. maydis liegt dieses Motiv ebenso vor wie z.B. bei S. cerevisiae, S. pombe, P. carinii, P. jiroveci, P. chrysogenum oder N. crassa (vgl. Abbildung 2).In the case of thioredoxin reductase from U. maydis, this motive is also present, e.g. in S. cerevisiae, S. pombe, P. carinii, P. jiroveci, P. chrysogenum or N. crassa (see Figure 2).
Das oben genannte Prosite Motiv bzw. die spezifische Konsensussequenz sind typisch für die erfindungsgemäßen Polypeptide, die anhand dieser Konsensussequenzen strukturell definiert werden können und damit auch eindeutig identifizierbar sind.The above-mentioned Prosite motif or the specific consensus sequence are typical of the polypeptides according to the invention, which can be structurally defined on the basis of these consensus sequences and are therefore also clearly identifiable.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind deshalb auch Polypeptide aus pflanzenpathogenenThe present invention therefore also relates to polypeptides from plant pathogens
Pilzen mit der biologischen Aktivität einer Thioredoxin Reduktase, die das vorstehend genannte Prosite Motiv C-x(2)-C-D-[GA]-x(2,4)-[FY]-x(4)-[LIVM]-x-[LIVM](2)-G(3)- [DΝ] umfassen (siehe dazu auch Abbildung 2).Mushrooms with the biological activity of a thioredoxin reductase which has the above-mentioned prostite motif Cx (2) -CD- [GA] -x (2.4) - [FY] -x (4) - [LIVM] -x- [LIVM ] (2) -G (3) - [DΝ] (see also Figure 2).
Besonders bevorzugt sind diejenigen erfindungsgemäßen Polypeptide mit der biologischen Aktivität einer Thioredoxin Reduktase, die das Motiv C-AN-C-D-G-AN-P-I-F-R-Ν-K-P-L-xN-Those polypeptides according to the invention with the biological activity of a thioredoxin reductase which have the motif C-AN-C-D-G-AN-P-I-F-R-Ν-K-P-L-xN- are particularly preferred.
[VI]-G(3)-D umfassen.[VI] -G (3) -D include.
Aufgrund der Homologien, die bei speziesspezifischen Nukleinsäuren kodierend für Thioredoxin Reduktasen vorliegen, können auch Thioredoxin Reduktasen aus anderen pflanzenpathogenen Pilzen identifiziert und verwendet werden, um die oben gestellte Aufgabe zu lösen, d.h. sie können ebenfalls zum Identifizieren von Inhibitoren einer Thioredoxin Reduktase verwendet werden, welche wiederum als Fungizide im Pflanzenschutz verwendet werden können. Es ist jedoch auch denkbar einen anderen Pilz, der nicht pflanzenpathogen ist, bzw. dessen Thioredoxin Reduktase oder die dafür kodierende Sequenz zu verwenden, um fungizid wirkende Inhibitoren der Thioredoxin Reduktase zu identifizieren. Aufgrund der hier angegebenen Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1 und eventuell davon abgeleiteter Primer sowie gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der homologen Bereiche (Abbildung 2) und des vorstehend gezeigten Prosite Motivs bzw. des bevorzugten Motivs wie vorstehend beschrieben, ist es dem Fachmann möglich, z.B. mittels PCR weitere für Thioredoxin Reduktasen kodierende Nukleinsäuren aus anderen (pflanzenpathogenen) Pilzen zu erhalten und zu identifizieren. Solche Nukleinsäuren und deren Verwendung in Ver- fahren zum Identifizieren von fungiziden Wirkstoffen werden als von der vorliegenden Erfindung umfasst betrachtet. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenz sowie gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltene Sequenzen aus anderen pflanzenpathogenen Pilzen kömien weitere für eine Thioredoxin Reduktase kodierende Nukleinsäuresequenzen aus anderen Pilzen identifiziert werden.Because of the homologies that exist with species-specific nucleic acids coding for thioredoxin reductases, thioredoxin reductases from other phytopathogenic fungi can also be identified and used to achieve the above object, ie they can also be used to identify inhibitors of a thioredoxin reductase, which can in turn be used as fungicides in crop protection. However, it is also conceivable to use another fungus which is not pathogenic to the plant, or its thioredoxin reductase or the sequence coding therefor, in order to identify fungicidal inhibitors of thioredoxin reductase. Based on the sequence given here according to SEQ ID NO: 1 and any primers derived therefrom and, if appropriate, with the aid of the homologous regions (Figure 2) and the prosite motif shown above or the preferred motif as described above, it is possible for the person skilled in the art, for example by To obtain and identify PCR for further nucleic acids coding for thioredoxin reductases from other (phytopathogenic) fungi. Such nucleic acids and their use in methods for identifying fungicidal active substances are considered to be encompassed by the present invention. With the aid of the nucleic acid sequence according to the invention and sequences obtained from other phytopathogenic fungi according to the methods described above, further nucleic acid sequences coding for a thioredoxin reductase from other fungi can be identified.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Nukleinsäuren aus pflanzenpathogenen Pilzen, die für ein Polypeptid mit der enzymatischen Aktivität einer Thioredoxin Reduktase kodieren, insbesondere Polypeptide, die die vorstehend beschriebenen Motive umfassen.The present invention therefore relates to nucleic acids from phytopathogenic fungi which code for a polypeptide with the enzymatic activity of a thioredoxin reductase, in particular polypeptides which comprise the motifs described above.
Bevorzugt sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung Nukleinsäuren aus den vorstehend im Abschnitt Definitionen genannten pflanzenpathogenen Pilzspezies, die für ein Polypeptid mit der enzymatischen Aktivität einer Thioredoxin Reduktase kodieren.The present invention preferably relates to nucleic acids from the phytopathogenic fungal species mentioned above in the definitions section, which code for a polypeptide with the enzymatic activity of a thioredoxin reductase.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere bevorzugt die für die Thioredoxin Reduktase aus Ustilago maydis kodierende Nukleinsäure mit der SEQ ID NO: 1 sowie die für die Polypeptide gemäß SEQ ID NO:2 oder aktive Fragmente davon kodierenden Nukleinsäuren.The present invention particularly preferably relates to the nucleic acid coding for the Ustilago maydis thioredoxin reductase with the SEQ ID NO: 1 and the nucleic acids coding for the polypeptides according to SEQ ID NO: 2 or active fragments thereof.
Bei den erfindungsgemäßen Nukleinsäuren handelt es sich insbesondere um einzelsträngige oder doppelsträngige Desoxyribonukleinsäuren (DNA) oder Ribonukleinsäuren (RNA). BevorzugteThe nucleic acids according to the invention are in particular single-stranded or double-stranded deoxyribonucleic acids (DNA) or ribonucleic acids (RNA). preferred
Ausführungsformen sind Fragmente genomischer DNA und cDNAs.Embodiments are fragments of genomic DNA and cDNAs.
Besonders bevorzugt umfassen die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren eine Sequenz aus pflanzenpathogenen Pilzen kodierend für ein Polypeptid mit der enzymatischen Aktivität einer Thioredoxin Reduktase ausgewählt ausThe nucleic acids according to the invention particularly preferably comprise a sequence of phytopathogenic fungi coding for a polypeptide with the enzymatic activity of a thioredoxin reductase selected from
a) einer Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1,a) a sequence according to SEQ ID NO: 1,
b) Sequenzen, die für ein Polypeptid kodieren, welches die Aminosäuresequenz gemäß SEQ ID NO: 2 umfasst,b) sequences which code for a polypeptide which comprises the amino acid sequence according to SEQ ID NO: 2,
c) Sequenzen, die für ein Polypeptid mit der enzymatischen Aktivität einer Thioredoxin Reduktase kodieren, welches das Motiv C-x(2)-C-D-[GA]-x(2,4)-[FY]-x(4)-[LIVM]-x- [LIVM](2)-G(3)- [DN] und bevorzuft das Motiv C-A-V-C-D-G-A-V-P-I-F-R-N-K-P-L-x- V-[VI]-G(3)-D umfasst,c) sequences which code for a polypeptide with the enzymatic activity of a thioredoxin reductase which has the motif Cx (2) -CD- [GA] -x (2,4) - [FY] -x (4) - [LIVM] -x- [LIVM] (2) -G (3) - [DN] and preferably the motif CAVCDGAVPIFRNKPLx- V- [VI] -G (3) -D,
d) Sequenzen, welche an die unter a) und b) definierten Sequenzen bei einer Hybridisierungstemperatur von 42-65 °C hybridisieren, und e) Sequenzen, welche eine zumindest 80 %ige, bevorzugt zumindest 85 %ige und besonders bevorzugt eine zumindest 90 %ige Identität mit den unter a) und b) definierten Sequenzen aufweisen.d) sequences which hybridize to the sequences defined under a) and b) at a hybridization temperature of 42-65 ° C., and e) sequences which have at least 80%, preferably at least 85% and particularly preferably at least 90% identity with the sequences defined under a) and b).
Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Thioredoxin Reduktase aus Ustilago maydis beschränkt. In analoger und dem Fachmann bekamiter Weise können auch aus anderen Pilzen, vorzugsweise aus pflanzenpathogenen Pilzen, Polypeptide mit der Aktivität einer Thioredoxin Reduktase gewonnen werden, die dann z.B. in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können. Bevorzugt wird allerdings die Thioredoxin Reduktase aus Ustilago maydis verwendet.As already stated above, the present invention is not only limited to the thioredoxin reductase from Ustilago maydis. Polypeptides with the activity of a thioredoxin reductase can also be obtained from other fungi, preferably from phytopathogenic fungi, in an analogous manner to those skilled in the art. can be used in a method according to the invention. However, the thioredoxin reductase from Ustilago maydis is preferably used.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind weiterhin DNA-Konstrukte, die eine erfindungsgemäße Nukleinsäure und einen homologen oder heterologen Promotor umfassen.The present invention furthermore relates to DNA constructs which comprise a nucleic acid according to the invention and a homologous or heterologous promoter.
Die Auswahl von heterologen Promotoren, ist davon abhängig, ob zur Expression pro- oder eukaryotische Zellen oder zellfreie Systeme verwendet werden. Beispiele für heterologe Promotoren sind der 35S Promoter des Blumenkohlmosaikvirus für pflanzliche Zellen, der Promoter der Alkoholdehydrogenase für Hefezellen, die T3-, T7- oder SP6-Promotoren für prokaryotische Zellen oder zellfreie Systeme.The choice of heterologous promoters depends on whether pro- or eukaryotic cells or cell-free systems are used for expression. Examples of heterologous promoters are the 35S promoter of the cauliflower mosaic virus for plant cells, the alcohol dehydrogenase promoter for yeast cells, the T3, T7 or SP6 promoters for prokaryotic cells or cell-free systems.
Bevorzugt sollten pilzliche Expressionssysteme wie z.B. das Pichia pastoris-System verwendet werden, wobei hier die Transkription durch den Methanol induzierbaren AOX-Promotor angetrieben wird.Fungal expression systems such as e.g. the Pichia pastoris system can be used, the transcription here being driven by the methanol-inducible AOX promoter.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ferner Vektoren, die eine erfindungsgemäßeThe present invention further relates to vectors which are an inventive
Nukleinsäure, eine erfindungsgemäße regulatorische Region oder ein erfindungsgemäßes DNA- Konstrukt enthalten. Als Vektoren können alle in molekularbiologischen Laboratorien verwendete Phagen, Plasmide, Phagmide, Phasmide, Cosmide, YACs, BACs, künstliche Chromosomen oder Partikel, die für einen Partikelbeschuss geeignet sind, verwendet werden.Contain nucleic acid, a regulatory region according to the invention or a DNA construct according to the invention. All phages, plasmids, phagmids, phasmids, cosmids, YACs, BACs, artificial chromosomes or particles which are suitable for particle bombardment can be used as vectors.
Bevorzugte Vektoren sind z.B. die p4XXprom. Vektorserie (Mumberg et al, 1995) für Hefezellen, pSPORT-Vektoren (Fa. Life Technologies) für bakterielle Zellen, oder den Gateway Vektoren (Fa. Life Technologies) für verschiedene Expressionssysteme in bakteriellen Zellen, Pflanzen, P. pastoris, S. cerevisiae oder Insektenzellen.Preferred vectors are e.g. the p4XXprom. Vector series (Mumberg et al, 1995) for yeast cells, pSPORT vectors (from Life Technologies) for bacterial cells, or the gateway vectors (from Life Technologies) for various expression systems in bacterial cells, plants, P. pastoris, S. cerevisiae or insect cells.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch Wirtszellen, die eine erfindungsgemäße Nukleinsäure, ein erfindungsgemäßes DNA-Konstrukt oder einen erfindungsgemäßen Vektor enthalten. Der Ausdruck "Wirtszelle", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf Zellen, die natürlicherweise die erfindungsgemäßen Nukleinsäuren nicht enthalten.The present invention also relates to host cells which contain a nucleic acid according to the invention, a DNA construct according to the invention or a vector according to the invention. The term "host cell" as used in the present context refers to cells which do not naturally contain the nucleic acids according to the invention.
Als Wirtszellen eignen sich sowohl prokaryotische Zellen, vorzugsweise E. coli, als auch eukaryotische Zellen, wie Zellen von Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Insekten, Pflanzen, Froschoozyten und Zelllinien von Säugern.Suitable host cells are both prokaryotic cells, preferably E. coli, and eukaryotic cells, such as cells from Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, insects, plants, frog oocytes and cell lines from mammals.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind weiterhin Polypeptide mit der biologischen Aktivität einer Thioredoxin Reduktase, die von den erfindungsgemäßen Nukleinsäuren kodiert werden.The present invention furthermore relates to polypeptides with the biological activity of a thioredoxin reductase, which are encoded by the nucleic acids according to the invention.
Bevorzugt umfassen die erfindungsgemäßen Polypeptide eine Aminosäuresequenz aus pflanzenpathogenen Pilzen ausgewählt ausThe polypeptides according to the invention preferably comprise an amino acid sequence selected from phytopathogenic fungi
(a) der Sequenz gemäß SEQ ID NO:2,(a) the sequence according to SEQ ID NO: 2,
(b) Sequenzen, welche eine zumindest 80 %ige, bevorzugt eine zumindest 85 %ige, besonders bevorzugt eine 90 %ige und insbesondere bevorzugt eine 95 %ige Identität mit der unter a) definierten Sequenz haben,(b) sequences which have an at least 80%, preferably an at least 85%, particularly preferably a 90% and particularly preferably a 95% identity with the sequence defined under a),
(c) den unter b) angegebenen Sequenzen, welche das Motiv C-x(2)-C-D-[GA]-x(2,4)-[FY]- x(4)-[LIVM]-x-[LIVM3(2)-G(3)- [DN] und bevorzugt das Motiv C-A-V-C-D-G-A-V-P-I- F-R-N-K-P-L-x-V-[VI]-G(3)-D umfassen, und(c) the sequences given under b) which contain the motif Cx (2) -CD- [GA] -x (2,4) - [FY] - x (4) - [LIVM] -x- [LIVM3 (2 ) -G (3) - [DN] and preferably include the motif CAVCDGAVPI-FRNKPLxV- [VI] -G (3) -D, and
(d) Fragmenten der unter a) bis c) angegebenen Sequenzen, welche die gleiche biologische Aktivität aufweisen wie die unter a) definierte Sequenz.(d) Fragments of the sequences given under a) to c), which have the same biological activity as the sequence defined under a).
Der Ausdruck "Polypeptide", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich sowohl auf kurze Aminosäureketten, die gewöhnlich als Peptide, Oligopeptide oder Oligomere bezeichnet werden, als auch auf längere Aminosäureketten, die gewöhnlich als Proteine bezeichnet werden. Er umfasstThe term "polypeptides" as used herein refers to both short amino acid chains, commonly referred to as peptides, oligopeptides, or oligomers, and longer amino acid chains, commonly referred to as proteins. It includes
Aminosäureketten, die entweder durch natürliche Prozesse, wie posttranslationale Prozessierung, oder durch chemische Verfahren, die Stand der Technik sind, modifiziert sein können. SolcheAmino acid chains that can be modified either by natural processes, such as post-translational processing, or by chemical processes that are state of the art. Such
Modifikationen können an verschiedenen Stellen und mehrfach in einem Polypeptid vorkommen, wie beispielsweise am Peptid-Rückgrat, an der Aminosäure-Seitenkette, am Amino- und/oder amModifications can occur at different locations and multiple times in a polypeptide, such as, for example, on the peptide backbone, on the amino acid side chain, on the amino and / or on
Carboxy-Terminus. Sie umfassen beispielsweise Acetylierungen, Acylierungen, ADP-Ribosylie- rungen, Amidierungen, kovalente Verknüpfungen mit Flavinen, Häm-Anteilen, Nukleotiden oderCarboxy terminus. They include, for example, acetylations, acylations, ADP ribosylations, amidations, covalent linkages with flavins, heme components, nucleotides or
Nukleotid-Derivaten, Lipiden oder Lipid-Derivaten oder Phophatidylinositol, Cyclisierungen,Nucleotide derivatives, lipids or lipid derivatives or phosphatidylinositol, cyclizations,
Disulfidbrückenbildungen, Demethylierungen, Cystin-Bildungen, Formylierungen, gamma-Carb- oxylierungen, Glycosylierungen, Hydroxylierungen, Iodierungen, Methylierungen, Myristoylie- rungen, Oxidationen, proteolytische Prozessierungen, Phosphorylierungen, SelenoyHerungen und tRNA-vermittelte Additionen von Aminosäuren.Disulfide bridging, demethylation, cystine formation, formylation, gamma-carboxylation, glycosylation, hydroxylation, iodination, methylation, myristoyly rations, oxidations, proteolytic processing, phosphorylation, selenoy reactions and tRNA-mediated additions of amino acids.
Die erfindungsgemäßen Polypeptide können in der Form "reifer" Proteine oder als Teile größerer Proteine, z.B. als Fusionsproteine, vorliegen. Weiterhin können sie Sezernierungs- oder "Leader"- Sequenzen, Pro-Sequenzen, Sequenzen, die eine einfache Reinigung ermöglichen, wie mehrfacheThe polypeptides according to the invention can be in the form of "mature" proteins or as parts of larger proteins, e.g. as fusion proteins. Furthermore, they can secreting or "leader" sequences, pro sequences, sequences that allow easy purification, such as multiple
Histidin-Reste, oder zusätzliche stabilisierende Aminosäuren aufweisen. Die erfindungsgemäßen Proteine können ebenfalls so vorliegen, wie sie natürlicherweise in ihrem Herkunftsorganismus vorliegen, aus dem sie zum Beispiel direkt gewonnen werden können. In den erfindungsgemäßen Verfahren können ebenso aktive Fragmente einer Thioredoxin Reduktase eingesetzt werden, so- lange sie die Bestimmung der enzymatischen Aktivität des Polypeptids bzw. deren Inhibition durch eine Kandidatenverbindung ermöglichen.Histidine residues, or additional stabilizing amino acids. The proteins according to the invention can also be present as they are naturally present in their organism of origin, from which they can be obtained directly, for example. Active fragments of a thioredoxin reductase can also be used in the method according to the invention, as long as they enable the determination of the enzymatic activity of the polypeptide or its inhibition by a candidate compound.
Die in den erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Polypeptide kömien im Vergleich zu den entsprechenden Regionen von natürlich vorkommenden Thioredoxin Reduktasen Deletionen oder Aminosäuresubstitutionen aufweisen, solange sie zumindest noch die biologische Aktivität einer vollständigen Thioredoxin Reduktase zeigen. Konservative Substitutionen sind bevorzugt. Solche konservativen Substitutionen umfassen Variationen, wobei eine Aminosäure durch eine andere Aminosäure aus der folgenden Gruppe ersetzt wird:The polypeptides used in the methods according to the invention may have deletions or amino acid substitutions in comparison to the corresponding regions of naturally occurring thioredoxin reductases, as long as they at least still show the biological activity of a complete thioredoxin reductase. Conservative substitutions are preferred. Such conservative substitutions include variations in which one amino acid is replaced by another amino acid from the following group:
1. Kleine aliphatische, nicht-polare oder wenig polare Reste: Ala, Ser, Thr, Pro und Gly;1. Small aliphatic, non-polar or slightly polar residues: Ala, Ser, Thr, Pro and Gly;
2. Polare, negativ geladene Reste und deren A ide: Asp, Asn, Glu und Gin;2. Polar, negatively charged residues and their ide: Asp, Asn, Glu and Gin;
3. Polare, positiv geladene Reste: His, Arg und Lys;3. Polar, positively charged residues: His, Arg and Lys;
4. Große aliphatische, nicht-polare Reste: Met, Leu, Ile, Val und Cys; und4. Large aliphatic, non-polar residues: Met, Leu, Ile, Val and Cys; and
5. Aromatische Reste: Phe, Tyr und Trp.5. Aromatic residues: Phe, Tyr and Trp.
Ein mögliches Reinigungsverfahren der Thioredoxin Reduktase basiert auf präparativer Elektrophorese, FPLC, HPLC (z.B. unter Anwendung von Gelfiltrations-, Reversphasen- oder leicht hydrophoben Säulen), Gelfϊltration, differentieller Präzipitation, Ionenaustausch-Chromatographie oder Affinitätschromatographie (vgl. Beispiel 3).A possible purification method for thioredoxin reductase is based on preparative electrophoresis, FPLC, HPLC (e.g. using gel filtration, reverse phase or slightly hydrophobic columns), gel filtration, differential precipitation, ion exchange chromatography or affinity chromatography (see Example 3).
Ein schnelles Verfahren zum Isolieren von Thioredoxin Reduktase, die von Wirtszellen synthetisiert werden, beginnt mit der Expression eines Fusionsproteins, wobei der Fusionspartner auf einfache Weise affinitätsgereinigt werden kann. Der Fusionspartner kann beispielsweise ein MBP- oder bevorzugt auch ein Histidin-Tag sein (vgl. Beispiel 3). Das Fusionsprotein kann dann anA rapid method for isolating thioredoxin reductase, which is synthesized by host cells, begins with the expression of a fusion protein, whereby the fusion partner can be easily affinity-purified. The fusion partner can be, for example, an MBP or preferably also a histidine tag (cf. Example 3). The fusion protein can then turn on
Amylose-Resin oder im Falle des Vorliegens eines Histidin-Tags z.B. an einer Ni-NTA-Säule gereinigt werden. Der Fusionspartner kann durch partielle proteolytische Spaltung beispielsweise an Linkern zwischen dem Fusionspartner und dem zu reinigenden erfindungsgemäßen Polypeptid abgetrennt werden. Das Protein mit einem His-Tag kann durch Lnidazol-enthaltende Puffer von der Säule entfernt werden. Der Linker kann so gestaltet werden, dass er Ziel-Aminosäuren, wie Arginin- und Lysin-Reste einschließt, die Stellen für eine Spaltung durch Trypsin definieren. Um solche Linker zu erzeugen, können Standard-Klonierungsverfahren unter Verwendung von Oligo- nukleotiden angewendet werden.Amylose resin or, if a histidine tag is present, for example on a Ni-NTA column getting cleaned. The fusion partner can be separated by partial proteolytic cleavage, for example on linkers between the fusion partner and the polypeptide to be purified according to the invention. The protein with a His tag can be removed from the column by lnidazole-containing buffers. The linker can be designed to include target amino acids, such as arginine and lysine residues, that define sites for trypsin cleavage. Standard cloning methods using oligonucleotides can be used to generate such linkers.
Weitere mögliche Reinigungsverfahren basieren wiederum auf präparativer Elektrophorese, FPLC, HPLC (z.B. unter Anwendung von Gelfiltrations-, Reversphasen- oder leicht hydrophoben Säulen), Gelfiltration, differentieller Präzipitation, Ionenaustausch-Chromatographie und Affinitätschromatographie.Further possible purification processes are based on preparative electrophoresis, FPLC, HPLC (e.g. using gel filtration, reverse phase or slightly hydrophobic columns), gel filtration, differential precipitation, ion exchange chromatography and affinity chromatography.
Die Ausdrücke "Isolierung oder Reinigung", wie sie hierin verwendet werden, bedeuten, dass die erfindungsgemäßen Polypeptide von anderen Proteinen oder anderen Makromolekülen der Zelle oder des Gewebes abgetrennt werden. Vorzugsweise ist eine die erfmdungsgemäßen Polypeptide enthaltende Zusammensetzung hinsichtlich des Proteingehalts gegenüber einer Präparation aus denThe terms "isolation or purification" as used in the present context mean that the polypeptides according to the invention are separated from other proteins or other macromolecules of the cell or the tissue. A composition containing the polypeptides according to the invention is preferred with regard to the protein content compared to a preparation from the
Wirtszellen mindestens 10-fach und besonders bevorzugt mindestens 100-fach angereichert.Host cells enriched at least 10 times and particularly preferably at least 100 times.
Die erfindungsgemäßen Polypeptide können auch ohne Fusionspartner mit Hilfe von Antikörpern, die an die Polypeptide binden, affinitätsgereinigt werden.The polypeptides according to the invention can also be affinity-purified without a fusion partner using antibodies which bind to the polypeptides.
Das Verfahren zum Herstellen von Polypeptiden mit der Aktivität einer Thioredoxin Reduktase, wie z.B. des Polypeptids TRR1 aus U. maydis, ist damit gekennzeichnet durchThe method for producing polypeptides with the activity of a thioredoxin reductase, e.g. of the polypeptide TRR1 from U. maydis is characterized by
(a) das Kultivieren einer Wirtszelle enthaltend zumindest eine exprimierbare Nukleinsäure- sequenz kodierend für ein Polypeptid aus Pilzen mit der biologischen Aktivität einer Thioredoxin Reduktase unter Bedingungen, die die Expression dieser Nukleinsäure gewährleisten, oder(a) cultivating a host cell containing at least one expressible nucleic acid sequence coding for a polypeptide from fungi with the biological activity of a thioredoxin reductase under conditions which ensure the expression of this nucleic acid, or
(b) das Exprimieren einer exprimierbaren Nukleinsäuresequenz kodierend für ein Polypeptid aus Pilzen mit der biologischen Aktivität einer Thioredoxin Reduktase in einem in vitro- System, und(b) expressing an expressible nucleic acid sequence coding for a polypeptide from fungi with the biological activity of a thioredoxin reductase in an in vitro system, and
(c) die Gewinnung des Polypeptids aus der Zelle, dem Kulturmedium oder dem in vitro- System. Die so erhaltenen Zellen enthaltend das erfindungsgemäße Polypeptid oder das so erhaltene gereinigte Polypeptid sind geeignet, in Verfahren zum Identifizieren von Modulatoren bzw. Inhibitoren der Thioredoxin Reduktase verwendet zu werden.(c) obtaining the polypeptide from the cell, the culture medium or the in vitro system. The cells obtained in this way, containing the polypeptide according to the invention or the purified polypeptide obtained in this way, are suitable for use in methods for identifying modulators or inhibitors of thioredoxin reductase.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung von Polypeptiden aus Pilzen, bevorzugt aus pflanzenpathogenen Pilzen, welche zumindest eine biologische Aktivität einerThe present invention also relates to the use of polypeptides from fungi, preferably from phytopathogenic fungi, which have at least one biological activity
Thioredoxin Reduktase ausüben, in Verfahren zum Identifizieren von Fungiziden, wobei die Inhibitoren der Thioredoxin Reduktase als Fungizide verwendet werden können. Besonders bevorzugt wird die Thioredoxin Reduktase aus Ustilago maydis verwendet.Exercise thioredoxin reductase in methods of identifying fungicides, where the inhibitors of thioredoxin reductase can be used as fungicides. The thioredoxin reductase from Ustilago maydis is particularly preferably used.
Fungizide Wirkstoffe, die mit Hilfe einer Thioredoxin Reduktase aus einer bestimmten Pilzspezies gefunden werden, können auch mit Thioredoxin Reduktase aus anderen Pilzspezies interagieren, wobei die Interaktion mit den unterschiedlichen in diesen Pilzen vorkommenden Thioredoxin Reduktase nicht immer gleich stark sein muss. Dies erklärt unter anderem die Selektivität wirksamer Substanzen. Die Nutzung der Wirkstoffe, die mit einer spezifischen Thioredoxin Reduktase gefunden wurden, als Fungizid auch bei anderen Pilzen kann darauf zurückgeführt werden, dass sich Thioredoxin Reduktasen aus verschiedenen Pilzspezies sehr nahe stehen und in größerenFungicidal active ingredients, which are found with the help of a thioredoxin reductase from a certain fungal species, can also interact with thioredoxin reductase from other fungal species, although the interaction with the different thioredoxin reductase occurring in these fungi does not always have to be equally strong. This explains, among other things, the selectivity of active substances. The use of the active ingredients found with a specific thioredoxin reductase as a fungicide in other fungi can be attributed to the fact that thioredoxin reductases from various fungal species are very close and in larger ones
Bereichen eine ausgeprägte Homologie zeigen. So wird an Abbildung 2 deutlich, dass eine solche Homologie über beträchtliche Sequenzabschnitte hinweg zwischen S. cerevisiae, N. crassa, S. pombe, P. carinii, P. jiroveci, P. chrysogenum und U. maydis besteht und damit die Wirkung der z.B. mit Hilfe der Thioredoxin Reduktase aus U maydis gefundenen Substanzen nicht auf U. maydis beschränkt bleibt.Show areas of pronounced homology. Figure 2 clearly shows that such homology exists over considerable sequence sections between S. cerevisiae, N. crassa, S. pombe, P. carinii, P. jiroveci, P. chrysogenum and U. maydis and thus the effect of e.g. with the help of thioredoxin reductase from substances found in U maydis is not limited to U. maydis.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb auch ein Verfahren zum Identifizieren von Fungiziden durch Testen von potentiellen Inhibitoren bzw. Modulatoren der enzymatischen Aktivität der Thioredoxin Reduktase (Kandidatenverbindung oder Testverbindung) in einem Thioredoxin Reduktase-Hemmtest.The present invention therefore also relates to a method for identifying fungicides by testing potential inhibitors or modulators of the enzymatic activity of thioredoxin reductase (candidate compound or test compound) in a thioredoxin reductase inhibition test.
Verfahren, die geeignet sind, Modulatoren, insbesondere Inhibitoren bzw. Antagonisten der erfindungsgemäßen Polypeptide zu identifizieren, beruhen in aller Regel auf der Bestimmung der Aktivität bzw. der biologischen Funktionalität des Polypeptids. Dazu kommen prinzipiell sowohl auf ganzen Zellen beruhende Verfahren (in vivo Verfahren) in Frage, wie auch Verfahren, die auf der Verwendung des aus den Zellen isolierten Polypeptids beruhen, das in gereinigter oder teilweise gereinigter Form oder auch als Rohextrakt vorliegen kann. Diese zellfreien z z vitroMethods which are suitable for identifying modulators, in particular inhibitors or antagonists, of the polypeptides according to the invention are generally based on determining the activity or the biological functionality of the polypeptide. In principle, both whole-cell-based methods (in vivo methods) and methods based on the use of the polypeptide isolated from the cells, which can be present in purified or partially purified form or as a crude extract, are also possible. This cell-free z z vitro
Verfahren können ebenso wie in vivo Verfahren im Labormaßstab, in bevorzugter Weise aber auch in HTS oder UHTS Verfahren genutzt werden. Im Anschluss an die in vivo oder in vitro Identifizierung von Modulatoren des Polypeptids können Tests an Pilzkulturen durchgeführt werden, um die fungizide Wirksamkeit der gefundenen Verbindungen zu prüfen. Viele Testsysteme, die die Prüfung von Verbindungen und natürlichen Extrakten zum Ziel haben, sind bevorzugt auf hohe Durchsatzzahlen ausgerichtet, um die Zahl der untersuchten Substanzen in einem gegebenen Zeitraum zu maximieren. Testsysteme, die auf zellfreiem Arbeiten beruhen, brauchen gereinigtes oder semi-gereinigtes Protein. Sie sind geeignet für eine "erste" Prüfung, die in erster Linie darauf abzielt, einen möglichen Einfluss einer Substanz auf das Zielprotein zu detektieren. Ist eine solche erste Prüfung erfolgt und eine oder mehrere Verbindungen, Extrakte etc. gefunden, kann die Wirkung solcher Verbindungen im Labor noch gezielter untersucht werden. So kann in einem ersten Schritt die Inhibierung oder Aktivierung des erfindungsgemäßen Polypeptids in vitro noch einmal geprüft werden, um im Anschluss daran die Wirksamkeit der Verbindung am Zielorganismus, hier einem oder mehreren pflanzenpathogenen Pilzen, zu testen.Like in vivo methods, methods can be used on a laboratory scale, but preferably also in HTS or UHTS methods. Following the in vivo or in vitro identification of modulators of the polypeptide, tests can be carried out on fungal cultures in order to test the fungicidal activity of the compounds found. Many test systems that aim to test compounds and natural extracts are preferably geared towards high throughput numbers in order to maximize the number of substances tested in a given period of time. Test systems that are based on cell-free work require purified or semi-purified protein. They are suitable for a "first" test, which primarily aims to detect a possible influence of a substance on the target protein. Once such a first test has been carried out and one or more compounds, extracts etc. have been found, the effect of such compounds can be examined in a more targeted manner in the laboratory. In a first step, the inhibition or activation of the polypeptide according to the invention can be checked again in vitro in order to then test the effectiveness of the compound on the target organism, here one or more phytopathogenic fungi.
Die Verbindung kann dann gegebenenfalls als Ausgangspunkt für die weitere Suche und Entwicklung von fungiziden Verbindungen verwendet werden, die auf der ursprünglichen Struktur basieren, jedoch z.B. hinsichtlich Wirksamkeit, Toxizität oder Selektivität optimiert sind.The compound can then optionally be used as a starting point for the further search and development of fungicidal compounds based on the original structure, but e.g. are optimized in terms of effectiveness, toxicity or selectivity.
Um Modulatoren aufzufinden, kann z.B. ein synthetischer Reaktionsmix (z.B. Produkte der in vitro Transkription) oder ein zellulärer Bestandteil, wie eine Membran, ein Kompartiment oder irgendeine andere Präparation, die die erfindungsgemäßen Polypeptide enthält, zusammen mit einem gegebenenfalls markierten Substrat oder Liganden der Polypeptide in Gegenwart und Abwesenheit eines Kandidatenmoleküls inkubiert werden. Die Fälligkeit des Kandidatenmoleküls die enzymatische Aktivität der erfindungsgemäßen Polypeptide zu hemmen, wird z.B. erkennbar an einer verringerten Bindung des gegebenenfalls markierten Liganden oder an einer verringertenTo find modulators, e.g. incubating a synthetic reaction mix (e.g. products of in vitro transcription) or a cellular component such as a membrane, a compartment or any other preparation which contains the polypeptides according to the invention together with an optionally labeled substrate or ligand of the polypeptides in the presence and absence of a candidate molecule become. The maturity of the candidate molecule to inhibit the enzymatic activity of the polypeptides according to the invention is e.g. recognizable by a reduced binding of the optionally labeled ligand or by a reduced
Umsetzung des gegebenenfalls markierten Substrates. Moleküle, die die biologische Aktivität der erfindungsgemäßen Polypeptide hemmen, sind gute Antagonisten bzw. Inhibitoren.Implementation of the optionally marked substrate. Molecules that inhibit the biological activity of the polypeptides according to the invention are good antagonists or inhibitors.
Die Detektion der biologischen Aktivität der erfindungsgemäßen Polypeptide kann durch ein so genanntes Reportersystem verbessert werden. Reportersysteme in dieser Hinsicht umfassen, sind aber nicht beschränkt auf colorimetrisch oder fluorimetrische nachweisbare Substrate, die in einThe detection of the biological activity of the polypeptides according to the invention can be improved by a so-called reporter system. Reporter systems in this regard include, but are not limited to, colorimetric or fluorometric detectable substrates contained in one
Produkt umgewandelt werden oder ein Reportergen, das auf Veränderungen der Aktivität oder, der Expression der erfindungsgemäßen Polypeptide anspricht oder andere bekannte Bindungstests.Product to be converted or a reporter gene that responds to changes in activity or, the expression of the polypeptides of the invention or other known binding tests.
Ein weiteres Beispiel für ein Verfahren, mit welchem Modulatoren der erfindungsgemäßen Polypeptide aufgefunden werden können, ist ein Verdrängungstest, bei dem man unter dafür geeigneten Bedingungen die erfindungsgemäßen Polypeptide und einen potenziellen Modulator mit einem Molekül, das bekanntermaßen an die erfindungsgemäßen Polypeptide bindet, wie einem natürlichen Substrat oder Liganden oder einem Substrat- oder Liganden-Mimetikum zusammenbringt. Die erfindungsgemäßen Polypeptide selbst können markiert werden, z.B. fluorimetrisch oder colorimetrisch, so dass man die Anzahl der Polypeptide, die an einen Liganden gebunden sind oder die eine Umsetzung mitgemacht haben, exakt bestimmen kann. Ebenso kann jedoch die Bindung mittels des gegebenenfalls markierten Substrats, Liganden bzw. Substratanalogen verfolgt werden. Auf diese Weise lässt sich die Effektivität eines Antagonisten ermessen.Another example of a method with which modulators of the polypeptides according to the invention can be found is a displacement test, in which, under suitable conditions, the polypeptides according to the invention and a potential modulator with a molecule which is known to bind to the polypeptides according to the invention, such as a natural one Bring substrate or ligands or a substrate or ligand mimetic. The polypeptides according to the invention themselves can be labeled, for example fluorimetrically or colorimetrically, so that the number of polypeptides which are bound to a ligand is determined or who have participated in an implementation, can determine exactly. However, the binding can also be followed by means of the optionally labeled substrate, ligand or substrate analog. In this way, the effectiveness of an antagonist can be measured.
Effekte wie Zelltoxizität werden in diesen in vitro Systemen in der Regel ignoriert. Die Testsysteme überprüfen dabei sowohl inhibierende bzw. suppressive Effekte der Substanzen, als auch stimulatorische Effekte. Die Effektivität einer Substanz kann durch konzentrationsabhängige Testreihen überprüft werden. Kontrollansätze ohne Testsubstanzen bzw. ohne Enzym können zur Bewertung der Effekte herangezogen werden.Effects such as cell toxicity are usually ignored in these in vitro systems. The test systems check both inhibitory or suppressive effects of the substances as well as stimulatory effects. The effectiveness of a substance can be checked using concentration-dependent test series. Control approaches without test substances or without enzyme can be used to evaluate the effects.
Durch die anhand der vorliegenden Erfindung verfügbaren, für eine erfindungsgemäße Thiore- doxin Reduktase kodierende Nukleinsäuren enthaltenden Wirtszellen, wird auch die Entwicklung von Testsystemen, die auf Zellen basieren, zur Identifizierung von Substanzen ermöglicht, die die Aktivität der erfindungsgemäßen Polypeptide modulieren.The host cells containing nucleic acids coding for a thiorexin reductase according to the invention and available on the basis of the present invention also enable the development of test systems based on cells for the identification of substances which modulate the activity of the polypeptides according to the invention.
Vorzugsweise handelt es sich bei den zu identifizierenden Modulatoren um kleine organischchemische Verbindungen.The modulators to be identified are preferably small organic chemical compounds.
Ein Verfahren zum Identifizieren einer Verbindung, die die Aktivität einer Thioredoxin Reduktase aus Pilzen moduliert und die als Fungizid im Pflanzenschutz verwendet werden kann, besteht bevorzugt darin, dass manA method for identifying a compound that modulates the activity of a thioredoxin reductase from fungi and that can be used as a fungicide in crop protection is preferably that
a) ein erfindungsgemäßes Polypeptid oder eine Wirtszelle enthaltend dieses Polypeptid mit einer chemischen Verbindung oder mit einem Gemisch von chemischen Verbindungen unter Bedingungen in Kontakt bringt, die die Interaktion einer chemischen Verbindung mit dem Polypeptid erlauben,a) a polypeptide according to the invention or a host cell containing this polypeptide is brought into contact with a chemical compound or with a mixture of chemical compounds under conditions which allow the interaction of a chemical compound with the polypeptide,
b) die Aktivität des erfindungsgemäßen Polypeptids bei Abwesenheit einer chemischen Verbindung mit der Aktivität des erfindungsgemäßen Polypeptids bei Anwesenheit einer chemischen Verbindung oder eines Gemisches von chemischen Verbindungen vergleicht, " undb) comparing the activity of the polypeptide according to the invention in the absence of a chemical compound with the activity of the polypeptide according to the invention in the presence of a chemical compound or a mixture of chemical compounds, " and
c) die chemische Verbindung auswählt, die die Aktivität des erfindungsgemäßen Polypeptids spezifisch moduliert, und gegebenenfallsc) the chemical compound that specifically modulates the activity of the polypeptide according to the invention, and optionally
d) die fungizide Wirkung der ausgewählten Verbindung in vivo prüft.d) tests the fungicidal activity of the selected compound in vivo.
Besonders bevorzugt wird dabei diejenige Verbindung bestimmt, die die Aktivität des erfindungsgemäßen Polypeptids spezifisch inhibiert. Der Begriff "Aktivität", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die biologische Aktivität des erfindungsgemäßen Polypeptids. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Tatsache genutzt, dass die Thioredoxin Reduktase die Reduktion von oxidiertem Thioredoxin unter Verbrauch von NADPH katalysiert. Diese Umsetzung kann z.B. in Gegenwart von Insulin durchgeführt werden, das als Thioredoxin regenerierendes System verwendet werden kann, da durch die Thioredoxinreduktase reduziertes Thioredoxin als Disulfidreduktase Insulin zu oxidiertem Insulin umsetzt und dabei selbst wieder in den oxidierten Zustand überführt wird. Dieses oxidierte Thioredoxin dient dann als Substrat der Thioredoxin Reduktase. Bei der Reaktion der Thioredoxin Reduktase wird dann NADPH verbraucht. Der Versuchsansatz lässt sich wie folgt schematisch darstellen:The compound which specifically inhibits the activity of the polypeptide according to the invention is particularly preferably determined. The term "activity" as used here refers to the biological activity of the polypeptide according to the invention. In a preferred embodiment, the fact is used that the thioredoxin reductase catalyzes the reduction of oxidized thioredoxin using NADPH. This reaction can be carried out, for example, in the presence of insulin, which can be used as a thioredoxin-regenerating system, since thioredoxin reductase reduces thioredoxin as disulfide reductase, converting insulin to oxidized insulin and thereby converting it back into the oxidized state. This oxidized thioredoxin then serves as the substrate for the thioredoxin reductase. NADPH is then consumed in the reaction of the thioredoxin reductase. The experimental approach can be shown schematically as follows:
Thioredoxinox + NADPH ► Thioredoxinred + NADP + H+ Thioredoxin ox + NADPH ► Thioredoxin red + NADP + H +
Thioredoxinox + Thioredoxin ox +
Die Messung der enzymatischen Aktivität der Thioredoxin Reduktase bzw. die Hemmung dieser enzymatischen Aktivität durch einen Inhibitor erfolgt dann auf Basis der abnehmenden NADPH- Konzentration und kann photospektrometrisch durch Absorptions- oder Fluoreszenzmessung (Absorptionsabnahme bei 340 nm bzw. Fluoreszenzabnahme bei 340 nm (Emmision bei 465 nm)) bestimmt werden (Abbildung 5). Dabei wird die geringere bzw. inhibierte Aktivität des erfindungsgemäßen Polypeptids anhand der photospektrometrischen Bestimmung des Grades der Abnahme der NADPH-Konzentration relativ zu einem Kontrollansatz verfolgt. Wird die Thioredoxinreduktase inhibiert, so erfolgt keine enzymatische Umsetzung des NADPHs. Die Fluoreszenintensität des Ansatzes sollte der des Kontrollansatzes entsprechen, da keine Änderung der NADPH-Konzentration erfolgt. Eine Zunahme der NADPH-Konzentration kann sich ergeben, wenn die enzymatische Aktivität der Thioredoxin Reduktase so stark inhibiert wird, dass das durch die Reaktion mit Insulin oxidierte Thioredoxin nicht mehr reduziert wird und sich damit anreichert.The measurement of the enzymatic activity of the thioredoxin reductase or the inhibition of this enzymatic activity by an inhibitor is then carried out on the basis of the decreasing NADPH concentration and can be carried out photospectrometrically by absorption or fluorescence measurement (absorption decrease at 340 nm or fluorescence decrease at 340 nm (emission at 465 nm)) can be determined (Figure 5). The lower or inhibited activity of the polypeptide according to the invention is tracked based on the photospectrometric determination of the degree of decrease in the NADPH concentration relative to a control batch. If the thioredoxin reductase is inhibited, there is no enzymatic conversion of the NADPH. The fluorescence intensity of the batch should correspond to that of the control batch, since there is no change in the NADPH concentration. An increase in the NADPH concentration can result if the enzymatic activity of the thioredoxin reductase is inhibited so strongly that the thioredoxin oxidized by the reaction with insulin is no longer reduced and thus accumulates.
Alternativ kann die Menge des NADPH z.B. auch nach erfolgter Reaktion durch Umsetzung vonAlternatively, the amount of NADPH e.g. even after the reaction has been completed by implementing
Resazurin zu Resorußn in Gegenwart von PMS (Phenazin-methosulfat) fluorimetrisch (Excitation 550 nm, Emission 595 nm) im Vergleich zur eingesetzten Menge bestimmt werden. Hierbei werden in einer chemischen Reaktion die Elektronen von NADPH zunächst auf PMS übertragen. Das reduzierte PMS ist dann in der Lage, Resazurin zu Resorufin zu reduzieren. Die Konzentration an Resurofin kann anschließend fluorimetrisch (Excitation 550 nm, Emission 595 nm) detektiert werden. Durch Vergleich mit der Konzentratin an Resorufin im Kontrollansatz kann dann die Menge an umgesetztem NADPH bestimmt werden. NADPH reduziert also nicht fluoreszierendes Resazurin zu intensiv rot fluoreszierendem Resorufin. PMS dient als Redoxmediator. Die Messung kann auch in für HTS- oder UHTS-Assays gängigen Formaten erfolgen, z.B. in Mikrotiterplatten, in denen z.B. ein Gesamtvolumen von 5 bis 50 μl pro Ansatz bzw. pro Well vorgelegt wird und die einzelnen Komponenten in einer der vorstehend angegebenen Endkonzentrationen vorliegen. Dabei wird die zu testende, potentiell die Aktivität des Enzyms inhibierende oder aktivierende Verbindung (Kandidatenmolekül) z.B. in e er geeigneten Konzentration in Testpuffer enthaltend die für die Reaktion nötigen Komponenten vorgelegt. Dann wird das erfindungsgemäße Polypeptid im oben genannten Testpuffer zugegeben und die Reaktion damit gestartet. Der Ansatz wird dann z.B. bis zu 30 Minuten bei einer geeigneten Temperatur inkubiert und z.B. die Fluoreszenzabnahme (Extinktion 340 nm; Emmision 465 nm) gemessen.Resazurin to Resorußn in the presence of PMS (phenazine methosulfate) can be determined fluorimetrically (excitation 550 nm, emission 595 nm) compared to the amount used. In a chemical reaction, the electrons are first transferred from NADPH to PMS. The reduced PMS is then able to reduce resazurin to resorufin. The concentration of resurofin can then be detected fluorimetrically (excitation 550 nm, emission 595 nm). The amount of converted NADPH can then be determined by comparison with the concentrate of resorufin in the control batch. NADPH thus reduces non-fluorescent resazurin to intense red fluorescent resorufin. PMS serves as a redox mediator. The measurement can also be carried out in formats customary for HTS or UHTS assays, for example in microtiter plates in which, for example, a total volume of 5 to 50 μl per batch or per well is placed and the individual components are present in one of the final concentrations given above. The test compound, which potentially inhibits or activates the activity of the enzyme (candidate molecule), is introduced, for example, in a suitable concentration in test buffer containing the components necessary for the reaction. The polypeptide according to the invention is then added in the test buffer mentioned above and the reaction is started therewith. The mixture is then incubated, for example, for up to 30 minutes at a suitable temperature and, for example, the decrease in fluorescence (absorbance 340 nm; emission 465 nm) is measured.
Eine weitere Messung erfolgt in einem entsprechenden Ansatz, jedoch ohne Zugabe einesA further measurement is carried out in a corresponding approach, but without adding one
Kandidatenmoleküls und ohne Zugabe eines erfindungsgemäßen Polypeptids (Negativkontrolle). Eine weitere Messung erfolgt wiederum bei Abwesenheit eines Kandidatenmoleküls, jedoch bei Anwesenheit des erfindungsgemäßen Polypeptids (Positivkontrolle). Negativ- und Positivkontrolle ergeben damit die Vergleichswerte zu den Ansätzen bei Anwesenheit eines Kandidatenmoleküls.Candidate molecule and without adding a polypeptide according to the invention (negative control). A further measurement is again carried out in the absence of a candidate molecule, but in the presence of the polypeptide according to the invention (positive control). Negative and positive control thus give the comparison values for the batches in the presence of a candidate molecule.
Um optimale Bedingungen für ein Verfaliren zum Identifizieren von Inhibitoren der ThioredoxinFor optimal conditions for a procedure to identify inhibitors of thioredoxin
Reduktase bzw. zur Bestimmung der Aktivität der erfindungsgemäßen Polypeptide zu ermitteln, kann es vorteilhaft sein, den jeweiligen KM-Wert des verwendeten erfindungsgemäßen Polypeptids zu bestimmen. Dieser gibt Aufschluss über die bevorzugt zu verwendende Konzentration des bzw. der Substrate. Im Fall der Thioredoxin Reduktase aus U maydis konnte ein KM von 5 μM für E. coli Thioredoxin und ein KM von 20-40 μM für NADPH bestimmt werden (Abbildung 6).To determine reductase or to determine the activity of the polypeptides according to the invention, it may be advantageous to determine the respective K M value of the polypeptide according to the invention used. This provides information about the preferred concentration of the substrate or substrates. In the case of the thioredoxin reductase from U maydis, a K M of 5 μM for E. coli thioredoxin and a K M of 20-40 μM for NADPH could be determined (Figure 6).
Mit dem erfindungsgemäßen Verfaliren konnten auf diese Weise Inhibitoren der Thioredoxin Reduktase identifiziert werden.In this way, inhibitors of thioredoxin reductase could be identified with the method according to the invention.
Es versteht sich von selbst, dass neben den genannten Verfahren zur Bestimmung der enzymatischen Aktivität einer Thioredoxin Reduktase bzw. der Inhibition dieser Aktivität und zum Identifizieren von Fungiziden auch andere, z.B. bereits bekannte, Verfahren bzw. Hemmtests verwendet werden können, solange diese Verfahren es gestatten, die Aktivität einer Thioredoxin Reduktase zu bestimmen und eine Inhibition dieser, Aktivität durch eine Kandidatenverbindung zu erkennen.It goes without saying that in addition to the methods mentioned for determining the enzymatic activity of a thioredoxin reductase or the inhibition of this activity and for identifying fungicides, other, e.g. already known methods or inhibition tests can be used as long as these methods allow the activity of a thioredoxin reductase to be determined and an inhibition of this activity to be recognized by a candidate compound.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde auch gefunden, dass die mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens identifizierten Inhibitoren einer erfindungsgemäßen ThioredoxinWithin the scope of the present invention it was also found that the inhibitors of a thioredoxin according to the invention identified with the aid of a method according to the invention
Reduktase geeignet sind, gegebenenfalls in einer geeigneten Formulierung, Pilze zu schädigen oder zu töten. Dazu kann z.B. in die Kavitäten von Mikrotiterplatten eine Lösung des zu prüfenden Wirkstoffs pipettiert werden. Nachdem das Lösungsmittel abgedampft ist, wird zu jeder Kavität Medium hinzugefügt. Das Medium wird vorher mit einer geeigneten Konzentration von Sporen bzw. Mycel des zu prüfenden Pilzes versetzt. Die resultierenden Konzentrationen des Wirkstoffes betragen z.B. 0J, 1, 10 und 100 ppm.Reductase are suitable, optionally in a suitable formulation, to damage or kill fungi. For this purpose, for example, a solution of the active substance to be tested can be pipetted into the cavities of microtiter plates. After the solvent has evaporated, medium is added to each cavity. A suitable concentration of spores or mycelium of the fungus to be tested is added to the medium beforehand. The resulting concentrations of the active ingredient are, for example, 0J, 1, 10 and 100 ppm.
Die Platten werden anschließend auf einem Schüttler bei einer Temperatur von etwa 22°C inkubiert, bis in der unbehandelten Kontrolle ein ausreichendes Wachstum feststellbar ist.The plates are then incubated on a shaker at a temperature of approximately 22 ° C. until sufficient growth can be determined in the untreated control.
Die Auswertung erfolgt photometrisch bei einer Wellenlänge von 620 nm. Aus den Messdaten der verschiedenen Konzentrationen kann die Wirkstoffdosis bestimmt werden, die zu einer 50 %igen Hemmung des Pilzwachstums gegenüber der unbehandelten Kontrolle führt (ED50). Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher ebenfalls auf die Verwendung von Modulatoren der Thioredoxin Reduktase aus Pilzen, bevorzugt aus pflanzenpathogenen Pilzen als Fungizide. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Fungizide, die mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens identifiziert wurden.The evaluation is carried out photometrically at a wavelength of 620 nm. From the measurement data of the different concentrations, the dose of active substance can be determined, which leads to a 50% inhibition of fungal growth compared to the untreated control (ED 50 ). The present invention therefore also relates to the use of modulators of thioredoxin reductase from fungi, preferably from phytopathogenic fungi, as fungicides. The present invention also relates to fungicides which have been identified using a method according to the invention.
Verbindungen, die mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens identifiziert werden, und die aufgrund der Inhibition der pilzlichen Thioredoxin Reduktase eine fungizide Wirkung aufweisen, kömien somit zur Herstellung von fungiziden Mitteln verwendet werden.Compounds which are identified with the aid of a method according to the invention and which have a fungicidal action due to the inhibition of the fungal thioredoxin reductase can thus be used for the preparation of fungicidal compositions.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die Verwendung von Modulatoren der Thioredoxin Reduktase aus Pilzen, bevorzugt aus pflanzenpathogenen Pilzen als Fungizide und auf Verfahren zum Bekämpfen von Pilzbefall bei Pflanzen, indem man einen Inhibitor einerThe present invention also relates to the use of modulators of thioredoxin reductase from fungi, preferably from phytopathogenic fungi as fungicides, and to methods for combating fungal attack in plants by using an inhibitor of a
Thioredoxin Reduktase auf den Pilz und/oder die befallene Pflanze einwirken lässt. Bevorzugt handelt es sich dabei um Inhibitoren einer Thioredoxin Reduktase aus einem pflanzenpathogenen Pilz. Bei den Modulatoren handelt es sich bevorzugt um kleine, organisch-chemische Moleküle, nicht jedoch um anorganische Moleküle wie Anionen oder Kationen. Im Sinne der vorliegenden Erfindungen umfasst der Begriff Modulatoren auch keine natürlichen Effektoren der Enzyme, die im betreffenden Organsimus zur Regulierung der Aktivität des Enzyms verwendet werden, wie z.B. Stoffwechselprodukte der Enzyme, Cofaktoren der Enzyme, sowie keine nicht metabolisierbare Analoga der Cofaktoren oder Edukte des Enzyms.Thioredoxin reductase affects the fungus and / or the infected plant. These are preferably inhibitors of a thioredoxin reductase from a phytopathogenic fungus. The modulators are preferably small, organic-chemical molecules, but not inorganic molecules such as anions or cations. For the purposes of the present inventions, the term modulators also does not include any natural effectors of the enzymes which are used in the organism in question to regulate the activity of the enzyme, such as Metabolic products of the enzymes, cofactors of the enzymes, and no non-metabolizable analogues of the cofactors or educts of the enzyme.
Die identifzierten Wirkstoffe kömien in Abhängigkeit von ihren jeweiligen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften in die üblichen Fonnulierungen überführt werden, wie Lösungen, Emulsionen, Suspensionen, Pulver, Schäume, Pasten, Granulate, Aerosole, Feinstverkapselungen in polymeren Stoffen und in Hüllmassen für Saatgut, sowie ULV-Kalt- und Warmnebel-Formu- lierungen. Diese Formulierungen werden in bekannter Weise hergestellt, z.B. durch Vermischen der Wirkstoffe mit Streckmitteln, also flüssigen Lösungsmitteln, unter Druck stehenden verflüssigten Gasen und/oder festen Trägerstoffen, gegebenenfalls unter Verwendung von oberflächenaktiven Mitteln, also Emulgiermitteln und oder Dispergiermitteln und/oder schaumerzeugenden Mitteln. Im Falle der Benutzung von Wasser als Streckmittel können z.B. auch organische Lösungsmittel als Hilfslösungsmittel verwendet werden. Als flüssige Lösungsmittel kommen im wesentlichen in Frage: Aromaten, wie Xylol, Toluol oder Alkylnaphthaline, chlorierte Aromaten oder chlorierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Chlorbenzole, Chlorethylene oder Methylenchlorid, aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Cyclohexan oder Paraffine, z.B. Erdölfraktionen, Alkohole, wie Butanol oder Glycol sowie deren Ether und Ester, Ketone, wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon oderDepending on their respective physical and / or chemical properties, the identified active ingredients can be converted into the usual formulations, such as solutions, emulsions, suspensions, powders, foams, pastes, granules, aerosols, very fine encapsulations in polymeric substances and in coating compositions for seeds, and ULV cold and warm mist formulations. These formulations are prepared in a known manner, for example by mixing the active ingredients with extenders, that is to say liquid solvents, pressurized liquefied gases and / or solid carriers, if appropriate using surface-active agents, that is to say emulsifiers and or dispersants and / or foam-generating agents. If water is used as an extender, organic solvents can, for example, also be used as auxiliary solvents. The following are essentially suitable as liquid solvents: aromatics, such as xylene, toluene or alkylnaphthalenes, chlorinated aromatics or chlorinated aliphatic hydrocarbons, such as chlorobenzenes, chlorethylenes or methylene chloride, aliphatic hydrocarbons, such as cyclohexane or paraffins, for example petroleum fractions, alcohols, such as butanol or glycol, and the like their ethers and esters, ketones, such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone or
Cyclohexanon, stark polare Lösungsmittel, wie Dimethylformamid und Dimethylsulfoxid, sowie Wasser. Mit verflüssigten gasförmigen Streckmitteln oder Trägerstoffen sind solche Flüssigkeiten gemeint, welche bei normaler Temperatur und unter Normaldruck gasförmig sind, z.B. Aerosol- Treibgase, wie Halogenkohlenwasserstoffe sowie Butan, Propan, Stickstoff und Kohlendioxid. Als feste Trägerstoffe, kommen in Frage: z.B. natürliche Gesteinsmehle, wie Kaoline, Tonerden, Talkum,Cyclohexanone, strongly polar solvents such as dimethylformamide and dimethyl sulfoxide, as well as water. Liquefied gaseous extenders or carriers mean liquids which are gaseous at normal temperature and pressure, e.g. Aerosol propellants, such as halogenated hydrocarbons as well as butane, propane, nitrogen and carbon dioxide. As solid carriers, the following are possible: e.g. natural rock flours, such as kaolins, clays, talc,
Kreide, Quarz, Attapulgit, Montmorillonit oder Diatomeenerde und synthetische Gesteinsmehle, wie hochdisperse Kieselsäure, Aluminiumoxid und Silikate. Als feste Trägerstoffe für Granulate kommen in Frage: z.B. gebrochene und fraktionierte natürliche Gesteine wie Calcit, Marmor, Bims, Sepiolith, Dolomit sowie synthetische Granulate aus anorganischen und organischen Mehlen sowie Granulate aus organischem Material wie Sägemehl, Kokosnußschalen, Maiskolben und Tabakstengel. Als Emu- lgier und/oder schaumerzeugende Mittel kommen in Frage: z.B. nichtionogene und anionische Emul- gatoren, wie Polyoxyethylen-Fettsäureester, Polyoxyethylen-Fettalkoholether, z.B. Alkylarylpolygly- colether, Alkylsulfonate, Alkylsulfate, Arylsulfonate sowie Eiweißhydrolysate. Als Dispergiermittel kommen in Frage: z.B. Lignin-Sulfitablaugen und Methylcellulose.Chalk, quartz, attapulgite, montmorillonite or diatomaceous earth and synthetic rock powder, such as highly disperse silica, aluminum oxide and silicates. The following are suitable as solid carriers for granules: e.g. broken and fractionated natural rocks such as calcite, marble, pumice, sepiolite, dolomite as well as synthetic granules from inorganic and organic flours as well as granules from organic material such as sawdust, coconut shells, corn cobs and tobacco stems. Possible emulsifiers and / or foaming agents are: e.g. non-ionic and anionic emulsifiers such as polyoxyethylene fatty acid esters, polyoxyethylene fatty alcohol ethers, e.g. Alkylaryl polyglycol ethers, alkyl sulfonates, alkyl sulfates, aryl sulfonates and protein hydrolyzates. Possible dispersants are: e.g. Lignin sulfite liquor and methyl cellulose.
Es kömien in den Formulierungen Haftmittel wie Carboxymethylcellulose, natürliche und synthetische pulverige, körnige oder latexformige Polymere verwendet werden, wie Gummiarabicum, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, sowie natürliche Phospholipide, wie Kephaline und Lecithine, und synthetische Phospholipide. Weitere Additive können mineralische und vegetabile Öle sein.Adhesives such as carboxymethyl cellulose, natural and synthetic powdery, granular or latex-shaped polymers such as gum arabic, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, and natural phospholipids such as cephalins and lecithins, and synthetic phospholipids can be used in the formulations. Other additives can be mineral and vegetable oils.
Es können Farbstoffe wie anorganische Pigmente, z.B. Eisenoxid, Titanoxid, Ferrocyanblau und organische Farbstoffe, wie Alizarin-, Azo- und Metallphthalocyaninfarbstoffe und Spurennährstoffe, wie Salze von Eisen, Mangan, Bor, Kupfer, Kobalt, Molybdän und Zink verwendet werden.Dyes such as inorganic pigments, e.g. Iron oxide, titanium oxide, ferrocyan blue and organic dyes such as alizarin, azo and metal phthalocyanine dyes and trace nutrients such as salts of iron, manganese, boron, copper, cobalt, molybdenum and zinc can be used.
Die Formulierungen enthalten im allgemeinen zwischen 0,1 und 95 Gewichtsprozent Wirkstoff, vorzugsweise zwischen 0,5 und 90 %. Die erfindungsgemäßen Wirkstoffe können als solche oder in iliren Formulierungen auch in Mischung mit bekannten Fungiziden, Bakteriziden, Akariziden, Nematiziden oder Insektiziden verwendet werden, um so z.B. das Wirkungsspektrum zu verbreitern oder Resistenzentwicklungen vorzubeugen, hl vielen Fällen erhält man dabei synergistische Effekte, d.h. die Wirksamkeit der Mischung ist größer als die Wirksamkeit der Einzelkomponenten.The formulations generally contain between 0.1 and 95 percent by weight of active compound, preferably between 0.5 and 90%. The active compounds according to the invention can be used as such or in their formulations, also in a mixture with known fungicides, bactericides, acaricides, nematicides or insecticides, in order, for example, to broaden the spectrum of activity or to prevent the development of resistance; in many cases synergistic effects, ie the activity, are obtained the mixture is greater than the effectiveness of the individual components.
Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Verbindungen als Fungizide können die Aufwandmengen je nach Applikation innerhalb größerer Bereiche variiert werden.When using the compounds according to the invention as fungicides, the application rates can be varied within wide ranges depending on the application.
Erfϊndungsgemäß können alle Pflanzen und Pflanzenteile behandelt werden. Unter Pflanzen werden hierbei alle Pflanzen und Pflanzenpopulationen verstanden, wie erwünschte und unerwünschte Wildpflanzen oder Kulturpflanzen (einschließlich natürlich vorkommenderAccording to the invention, all plants and parts of plants can be treated. Plants are understood here to mean all plants and plant populations, such as desired and undesired wild plants or crop plants (including naturally occurring plants
Kulturpflanzen). Kulturpflanzen können Pflanzen sein, die durch konventionelle Züchtungs- und Optimierungsmethoden oder durch biotechnologische und gentechnologische Methoden oder Kombinationen dieser Methoden erhalten werden kömien, einschließlich der transgenen Pflanzen und einschließlich der durch Sortenschutzrechte schützbaren oder nicht schützbaren Pflanzen- sorten. Unter Pflanzenteilen sollen alle oberirdischen und unterirdischen Teile und Organe derCrop plants). Crop plants can be plants which can be obtained by conventional breeding and optimization methods or by biotechnological and genetic engineering methods or combinations of these methods, including the transgenic plants and including the plant varieties which can or cannot be protected by plant breeders' rights. Under plant parts, all above-ground and underground parts and organs of the
Pflanzen, wie Sproß, Blatt, Blüte und Wurzel verstanden werden, wobei beispielhaft Blätter, Nadeln, Stengel, Stämme, Blüten, Fruchtkörper, Früchte und Samen sowie Wurzeln, Knollen und Rhizome aufgeführt werden. Zu den Pflanzenteilen gehört auch Erntegut sowie vegetatives und generatives Vermehrungsmaterial, beispielsweise Stecklinge, Knollen, Rhizome, Ableger und Samen.Plants such as sprout, leaf, flower and root are understood, with examples being leaves, needles, stems, stems, flowers, fruiting bodies, fruits and seeds as well as roots, tubers and rhizomes. The plant parts also include crops and vegetative and generative propagation material, for example cuttings, tubers, rhizomes, offshoots and seeds.
Die erfindungsgemäße Behandlung der Pflanzen und Pflanzenteile mit den Wirkstoffen erfolgt direkt oder durch Einwirkung auf deren Umgebung, Lebensraum oder Lagerraum nach den üblichen Behandlungsmethoden, z.B. durch Tauchen, Sprühen, Verdampfen, Vernebeln, Streuen, Aufstreichen und bei Vermehrungsmaterial, insbesondere bei Samen, weiterhin durch ein- oder mehrschichtiges Umhüllen.The treatment of the plants and parts of plants with the active compounds according to the invention is carried out directly or by acting on their surroundings, living space or storage space using the customary treatment methods, e.g. by dipping, spraying, vaporizing, atomizing, scattering, spreading and, in the case of propagation material, in particular in the case of seeds, furthermore by coating in one or more layers.
Die nachfolgenden Beispiele illustrieren verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung und sind nicht limitieren auszulegen. BeispieleThe following examples illustrate various aspects of the present invention and are not to be interpreted as limitative. Examples
Beispiel 1example 1
Herstellung von trr Knock-out Mutanten in U. maydisProduction of trr knock-out mutants in U. maydis
Kultivierung von U maydisCultivation of U maydis
Die Stämme wurden bei 28°C auf PD-, YEPS- oder geeigneten Minimalmedien (Holliday, 1974;The strains were grown at 28 ° C on PD, YEPS or suitable minimal media (Holliday, 1974;
Tsukada et al., 1988) angezogen. Die Bildung dikaryotischer Filamente wurde nach dem Auftropfen von Stämmen auf PD-Plattenmedien, die 1% Charcoal enthielten, beobachtet (Holliday, 1974). Pathogenitätstests wurden wie beschrieben durchgeführt (Gillessen et al., 1992). Übernachtkulturen der Stämme wurden in einer Konzentration von 4xl07 Zellen resuspendiert und jungen Maispflanzen (Gaspe' Flint) injiziert bzw. aufgetropft. Für jeden Stamm wurden mindestens 25 Pflanzen infiziert und entstehende Tumore nach 14-21 Tagen untersucht.Tsukada et al., 1988). The formation of dikaryotic filaments was observed after dropping strains on PD plate media containing 1% charcoal (Holliday, 1974). Pathogenicity tests were performed as described (Gillessen et al., 1992). Overnight cultures of the strains were resuspended in a concentration of 4 × 10 7 cells and young maize plants (Gaspe 'Flint) were injected or dropped onto them. For each strain, at least 25 plants were infected and tumors that developed were examined after 14-21 days.
Herstellung der Knock-out KassetteProduction of the knock-out cassette
Molekularbiologische Standardmethoden wurden nach Sambrook et al., 1989 durchgeführt. Um trr-Nullmutanten herzustellen, wurde die 5' und die 3' Flanke des trr-Gens mittels PCR amplifiziert. Als Template diente geonomische DNA des Stammes UM518. Für die 5' FlankeStandard molecular biological methods were carried out according to Sambrook et al., 1989. To produce trr null mutants, the 5 'and 3' flanks of the trr gene were amplified by PCR. The UM518 strain was used as a template. For the 5 'edge
(1537bp) wurden die Primer LB2 mit der Sequenz (5'-cacggcctgagtggccggctcggaatgatcgagctgagg- 3') und pl5 mit der Sequenz (5'-gatgacgcaggagggacacaagg-3') eingesetzt. Für die 3'-Flanke (1654bp) wurden die Primer RB1 (5'-gtgggccatctaggccggctcatctcaggtaacagcgg-3') und pl3 (5'-ggcgcgacgatggcatttgaagg-3') verwendet. Mit den Primern LB2 und RB1 wurden die Schnittstellen Sfi I (a) und Sfi I (b) eingeführt. Die Amplikons wurden mit S/z I restringiert und mit dem 1884 bp großen Sfi I-Fragment aus dem Vektor pBS- (HygromycinB-Kassette) ligiert. Durch eine PCR mit den Primern LB1 (5'-gacgggtcgattcggtcgcaagg-3') und RB2 (5'-ggctccgacggaaaacactttgg-3') wurde die 4742 bp große trr-Knock-out Kassette amplifiziert, die in die nachfolgende Transformation eingesetzt wurde (Kämper und Schreier, 2001).(1537bp) the primers LB2 with the sequence (5'-cacggcctgagtggccggctcggaatgatcgagctgagg-3 ') and pl5 with the sequence (5'-gatgacgcaggagggacacaagg-3') were used. The primers RB1 (5'-gtgggccatctaggccggctcatctcaggtaacagcgg-3 ') and pl3 (5'-ggcgcgacgatggcatttgaagg-3') were used for the 3'-flank (1654bp). The interfaces Sfi I (a) and Sfi I (b) were introduced with the primers LB2 and RB1. The amplicons were restricted with S / z I and ligated with the 1884 bp Sfi I fragment from the vector pBS (hygromycin B cassette). The 4742 bp trr knock-out cassette, which was used in the subsequent transformation (Kämper and.), Was amplified by PCR with the primers LB1 (5'-gacgggtcgattcggtcgcaagg-3 ') and RB2 (5'-ggctccgacggaaaacactttgg-3') Schreier, 2001).
Herstellung von Protoplasten von U maydisProduction of protoplasts by U maydis
50 ml einer Kultur in YEPS Medium wurden bei 28°C bis zu einer Zelldichte von ca. 5xl07/ml (OD 0.6 bis 1.0) angezogen und dann für 7 min. bei 2500g (Hereaus, 3500 rpm) in 50 ml Falkonröhrchen abzentrifugiert. Das Zellpellet wurde in 25 ml SCS-Puffer (20 mM NaCitrat pH 5.8, 1.0 M Sorbit, (20 mM NaCitrat/1.0 M Sorbit und 20 mM Zitronensäure/1.0 M Sorbit mischen und mit pH-Meter auf pH 5.8 einstellen)) resuspendiert, erneut 7 min. bei 2500 g (3500 rpm) zentrifugieren und das Pellet in 2 ml SCS-Puffer, pH 5,8, mit 2,5 mg/ml Novozym 234 resuspendiert. Die Protoplastierung erfolgte bei Raumtemperatur und wurde mikroskopisch alle 5 min. verfolgt. Die Protoplasten wurden dann mit 10 ml SCS-Puffer gemischt und bei 1100 g (2300 rpm) 10 min. zentrifugiert, der Überstand wurde verworfen. Das Pellet wurde vorsichtig in 10 ml SCS Puffer resuspendiert und erneut zentrifugiert. Der Waschvorgang mit SCS-Puffer wurde zweimal wiederholt, das Pellet wurde in 10 ml STC-Puffer gewaschen. Schließlich wurde das50 ml of a culture in YEPS medium were grown at 28 ° C. to a cell density of approx. 5 × 10 7 / ml (OD 0.6 to 1.0) and then for 7 min. centrifuged at 2500g (Hereaus, 3500 rpm) in 50 ml Falkon tubes. The cell pellet was resuspended in 25 ml SCS buffer (20 mM Na citrate pH 5.8, 1.0 M sorbitol, (mix 20 mM Na citrate / 1.0 M sorbitol and 20 mM citric acid / 1.0 M sorbitol and adjust to pH 5.8 with a pH meter)) again 7 min. Centrifuge at 2500 g (3500 rpm) and the pellet in 2 ml SCS buffer, pH 5.8, with 2.5 mg / ml Novozym 234 resuspended. The protoplasting was carried out at room temperature and was microscopic every 5 min. tracked. The protoplasts were then mixed with 10 ml SCS buffer and at 1100 g (2300 rpm) for 10 min. centrifuged, the supernatant was discarded. The pellet was carefully resuspended in 10 ml SCS buffer and centrifuged again. The washing process with SCS buffer was repeated twice, the pellet was washed in 10 ml STC buffer. Finally, that was
Pellet in 500 μl kaltem STC-Puffer (10 M Tris/HCL pH 7.5, 1.0 M Sorbit, 100 mM CaC12) resuspendiert und auf Eis gehalten. Aliquots können mehrere Monate bei -80°C gelagert werden.Pellet resuspended in 500 μl cold STC buffer (10 M Tris / HCl pH 7.5, 1.0 M sorbitol, 100 mM CaC12) and kept on ice. Aliquots can be stored at -80 ° C for several months.
Transformation von U. maydisTransformation by U. maydis
Die Transformation eines diploiden U. maydis Stammes erfolgte nach Schulz et al., 1990. Die Isolierung genomischer U. maydis DNA erfolgte wie bei Hoffmann und Winston 1987 beschrieben bzw. nach dem Protokoll des Firma Qiagen (DNeasy-Kit).The transformation of a diploid U. maydis strain was carried out according to Schulz et al., 1990. The isolation of genomic U. maydis DNA was carried out as described by Hoffmann and Winston 1987 or according to the protocol of the company Qiagen (DNeasy-Kit).
Zur Transformation wurden max. 10 μl DNA (optimal 3-5 μg) in ein 2 ml Eppendorfröhrchen übertragen, 1 μl Heparin (15 μg/μl) (SIGMA H3125) zugegeben und dann 50 μl Protop lasten zugesetzt und 10 min. auf Eis inkubiert. 500 μl 40% (w/w) PEG3350 (SIGMA P3640) in STC (steril filtriert) wurden zugesetzt, vorsichtig mit der Protoplastensuspension gemischt und 15 min. auf Eis inkubiert. Das Ausplattieren erfolgte auf Gradienten-Platten (unterer Agar: 10 ml YEPS- 1,5% Agar-IM Sorbitol mit Antibiotikum; kurz vor dem Ausplattieren wurde die untere Agarschicht mit 10 ml YEPS- 1,5% Agar-IM Sorbitol überschichtet, die Protoplasten ausgestrichen und die Platten für 3-4 Tage bei 28°C inkubiert.Max. Transfer 10 μl DNA (optimally 3-5 μg) into a 2 ml Eppendor tube, add 1 μl heparin (15 μg / μl) (SIGMA H3125) and then add 50 μl protoplasts and 10 min. incubated on ice. 500 ul 40% (w / w) PEG3350 (SIGMA P3640) in STC (sterile filtered) were added, mixed carefully with the protoplast suspension and 15 min. incubated on ice. The plating was carried out on gradient plates (lower agar: 10 ml of YEPS-1.5% agar-IM sorbitol with antibiotic; shortly before plating out, the lower agar layer was overlaid with 10 ml of YEPS-1.5% agar-IM sorbitol, which Spread protoplasts and incubate the plates for 3-4 days at 28 ° C.
Der Nachweis der homologen Rekombination in einen genomischen Lokus von trr wurde mittelsThe detection of homologous recombination in a genomic locus of trr was by means of
Standardmethoden (PCR oder Southernanalyse) von isolierter genomischer DNA durchgeführt. Hierbei wurde gezeigt, dass die Integration der trz'-Knock-out Kassette in einen genomischen trrLokus stattgefunden hat und somit eine Wildtypkopie des trr-Gens ersetzt wurde, während die zweite Kopie in diesem diploiden Stamm erhalten blieb. Die auf diese Weise entstandenen heterozygoten trr Mutanten wurden nachfolgend in den Pathogenitätstest eingesetzt.Standard methods (PCR or Southern analysis) of isolated genomic DNA were performed. It was shown that the trz'-knock-out cassette had been integrated into a genomic trrLokus and thus a wild-type copy of the trr gene was replaced, while the second copy was retained in this diploid strain. The heterozygous trr mutants created in this way were subsequently used in the pathogenicity test.
Sporenanalvse von U. maydisSpore analysis by U. maydis
Aus den im Pathogenitätstest erzeugten Tumoren wurden Sporen isoliert. Im Anschluss wurden die entstehenden Sporidien vereinzelt und phäno- bzw. genotypisch untersucht. Die phänotypische Analyse erfolgte mittels Wachstumsversuchen auf geeigneten Voll- bzw. Minimalmedien (Holliday, 1974; Tsukada et al., 1988). Dabei zeigte sich, das nur 15 von 48 analysierten Sporidien unter selektiven Bedingungen wuchsen. Von diesen waren 7 Stämme diploid. Dies war ein erster Hinweis darauf, dass der Phänotyp der trr-Null-Mutante lethal war. Die genotypischen Untersuchungen erfolgten durch Southern- bzw. PCR basierter Analyse der Sporidien. Hierbei wurde gefunden, das unter den analysierten Sporidien kein lebensfähiger, haploider Stamm identifiziert werden konnte, in dem nur das trr-Gen durch die trr-Knock-out-Kassette ersetzt war. In allen Fällen, in denen die trz'-Knock-out-Kassette homolog in den genomischen Lokus von trr integriert war, wurde zusätzlich eineSpores were isolated from the tumors generated in the pathogenicity test. The resulting sporidia were then isolated and examined phenotypically or genotypically. The phenotypic analysis was carried out using growth experiments on suitable full or minimal media (Holliday, 1974; Tsukada et al., 1988). It was shown that only 15 out of 48 sporidia analyzed grew under selective conditions. Of these, 7 strains were diploid. This was a first indication that the trr-null mutant phenotype was lethal. The genotypic Investigations were carried out by Southern or PCR-based analysis of the sporidia. It was found that no viable, haploid strain could be identified among the sporidia analyzed, in which only the trr gene was replaced by the trr knock-out cassette. In all cases where the trz 'knock-out cassette was homologously integrated into the trr genomic locus, an additional one was added
Beispiel 2Example 2
Klonierung, Expression und Reinigung der TRR1 aus IT. maydisCloning, expression and purification of the TRR1 from IT. maydis
Für die heterologe Expression des tπ -Gens wurde das Gen mit genspezifischen Oligonucleotiden mittels PCR amplifiziert und in den Expressionsvektor pTrcHis2-TOPO kloniert, so dass das TRR- Protein ausgehend vom Plasmid ptrcTRRlO mit einem C-terminalen His6-Tag exprimiert wird.For the heterologous expression of the tπ gene, the gene was amplified with gene-specific oligonucleotides by means of PCR and cloned into the expression vector pTrcHis2-TOPO, so that the TRR protein is expressed starting from the plasmid ptrcTRRlO with a C-terminal His 6 tag.
Zur Expression der TRR1 wurde das Plasmid ptrcTRRlO in E.coli BL21(DE3) transformiert. Als Vorkultur wurden 5 ml Selektionsmedium (dYT mit 100 μg/ml Ampicillin) mit einer Einzelkolonie angeimpft und bei 37°C über Nacht im Schüttler inkubiert. Die Hauptkultur (dYT mit 100 μg/ml Ampicillin) wurde 1:40 angeimpft und bei 37°C unter Schütteln inkubiert, nach Erreichen einer OD6oo von 0,8 wurde die Kultur durch Zugabe von 1 mM IPTG (Endkonzentration) induziert. Nach einer Inkubationszeit von 4 h bei 37°C wurden die Zellen geerntet und anschließend bei ~20°C eingefroren. Die Zellen können auf diese Weise mehrere Monate bei — 20°C ohne Aktivitätsverlust gelagert werden. 2 g Zellen wurden in 5 ml Bindepuffer (40 mM Tris/HCl pH 8.0, 100 mM NaCl) resuspendiert, 600 ng Lysozym und 500, ng DNasel zugegeben. Die Zellsuspension wurde unter Rühren auf Eis 30 min inkubiert. Der Aufschluss erfolgte durch 3To express the TRR1, the plasmid ptrcTRR10 was transformed into E. coli BL21 (DE3). As a preculture, 5 ml of selection medium (dYT with 100 μg / ml ampicillin) were inoculated with a single colony and incubated at 37 ° C. overnight in a shaker. The main culture (dYT containing 100 ug / ml ampicillin) was inoculated 1:40 and incubated at 37 ° C with shaking to an OD 6 oo of 0.8 the culture was induced by adding 1 mM IPTG (final concentration). After an incubation period of 4 h at 37 ° C, the cells were harvested and then frozen at ~ 20 ° C. The cells can be stored for several months at - 20 ° C without loss of activity. 2 g of cells were resuspended in 5 ml binding buffer (40 mM Tris / HCl pH 8.0, 100 mM NaCl), 600 ng lysozyme and 500, ng DNasel were added. The cell suspension was incubated with stirring on ice for 30 min. The digestion was carried out by 3
Zyklen „Freeze and Thaw". Nach einer Zentrifugation bei 11000 rpm und 4°C für 30 Minuten wurde der Überstand auf eine Ni-NTA-Säule (Volumen: 2 ml), die mit Puffer A (20 mM Tris/HCl, pH 8.0, 5 mM MgCl2, 150 mM NaCl) äquilibriert war, aufgetragen. Die Säule wurde mit 8 ml Puffer A gewaschen, die Elution erfolgte mit 7 ml Puffer A + 100 mM hnidazol (Abbildung 1).. Anschließend wurde die Proteinfraktion über eine NAP25-Säule entsalzt und in Lagerungspuffer"Freeze and Thaw" cycles. After centrifugation at 11,000 rpm and 4 ° C. for 30 minutes, the supernatant was placed on a Ni-NTA column (volume: 2 ml), which was buffered with buffer A (20 mM Tris / HCl, pH 8.0 , 5 mM MgCl 2 , 150 mM NaCl), the column was washed with 8 ml of buffer A, elution was carried out with 7 ml of buffer A + 100 mM hnidazole (Figure 1) .. The protein fraction was then analyzed using a NAP25 Column desalted and in storage buffer
(50 mM Tris/HCl, pH 7.5, 1 mM EDTA) überführt. Aus 500 l-E. co/i-Kultur kömien ca. 8.8 mg lösliche TRR isoliert werden. Der Proteinlösung wurde bei -80°C eingefroren. Das auf diese Weise isolierte Enzym ist bei -80°C ca. 2 Monate ohne Aktivitätsverlust lagerbar.(50 mM Tris / HCl, pH 7.5, 1 mM EDTA). From 500 l-E. co / i culture approximately 8.8 mg soluble TRR can be isolated. The protein solution was frozen at -80 ° C. The enzyme isolated in this way can be stored at -80 ° C for about 2 months without loss of activity.
Beispiel 3Example 3
Klonierung, Expression und Reinigung des E. coli Thioredoxins (Substrat)Cloning, expression and purification of E. coli thioredoxin (substrate)
Zur Expression von Thioredoxin in E. coli wurde das Plasmid pEt32A (Novagen, siehe http://www.merckbiosciences.de/product/69015) in E.coli BL21(DE3) transformiert. Als Vorkultur wurden 5 ml Selektionsmedium (dYT (double Yeast Tryptone) mit 100 μg/ml Ampicillin) mit einer, Einzelkolonie angeimpft und bei 37°C über Nacht im Schüttler inkubiert. Die Hauptkultur (dYT mit 100 μg/ml Ampicillin) wurde 1:40 angeimpft und bei 37°C unter Schütteln inkubiert, nach Erreichen einer OD600 von 0,8 wurde die Kultur durch Zugabe von 1 mM IPTG (Endkonzentration) induziert. Nach einer Inkubationszeit von 4 h bei 37°C wurden die Zellen geerntet und anschließend bei -20°C eingefroren. Die Zellen können auf diese Weise mehrere Monate bei -20°C ohne Aktivitätsverlust gelagert werden. 6 g Zellen wurden in 94 ml Bindepuffer (40 mM Tris HCl pH 8.0, 100 mM NaCl) resuspendiert und Lysozym und DNasel zugegeben. Die Zellsuspension wurde unter Rühren auf Eis 30 min inkubiert. Der Aufschluss erfolgte mittels Ultraschall in einem Rosettenkranzgefäß mit 8 Zyklen ä 90 sec und jeweils 90 sec Pause (gekühlt mit Eiswasser). Nach einer Zentrifugation bei 13000 rpm (Eppendorfzentrifuge) und 4°C für 30 Minuten wurde der Überstand auf eine Ni-NTA-Säule (Volumen: 8 ml), die mit Puffer A (20 mM Tris/HCl, pH 8.0, 5 mM MgCl2, 150 mM NaCl) äquilibriert worden war, aufgetragen. Die Säule wurde mit 30 ml Puffer A gewaschen, die Elution erfolgte mit 30 ml Puffer A + 100 mM Imidazol (Abbildung 4).. Anschließend wurde die Proteinfraktion über eine NAP25-Säule entsalzt und inTo express thioredoxin in E. coli, the plasmid pEt32A (Novagen, see http://www.merckbiosciences.de/product/69015) was transformed into E. coli BL21 (DE3). As Pre-culture, 5 ml selection medium (dYT (double yeast tryptone) with 100 μg / ml ampicillin) was inoculated with a single colony and incubated at 37 ° C. overnight in a shaker. The main culture (dYT with 100 μg / ml ampicillin) was inoculated 1:40 and incubated at 37 ° C. with shaking. After reaching an OD 600 of 0.8, the culture was induced by adding 1 mM IPTG (final concentration). After an incubation period of 4 h at 37 ° C, the cells were harvested and then frozen at -20 ° C. The cells can be stored for several months at -20 ° C without loss of activity. 6 g cells were resuspended in 94 ml binding buffer (40 mM Tris HCl pH 8.0, 100 mM NaCl) and lysozyme and DNasel were added. The cell suspension was incubated with stirring on ice for 30 min. The disruption was carried out by means of ultrasound in a rosette rim vessel with 8 cycles of 90 seconds and a break of 90 seconds each (cooled with ice water). After centrifugation at 13000 rpm (Eppendorf centrifuge) and 4 ° C for 30 minutes, the supernatant was placed on a Ni-NTA column (volume: 8 ml), which was buffered with buffer A (20 mM Tris / HCl, pH 8.0, 5 mM MgCl 2 , 150 mM NaCl) had been equilibrated. The column was washed with 30 ml of buffer A, the elution was carried out with 30 ml of buffer A + 100 mM imidazole (Figure 4). The protein fraction was then desalted on a NAP25 column and in
Lagerungspuffer (50 mM Tris/HCl, pH 8.0) überführt. Aus 60 Litern einer E. cσ/z-Kultur wurde ca. 1. g lösliches Thioredoxin isoliert.Storage buffer (50 mM Tris / HCl, pH 8.0) transferred. Approx. 1. g soluble thioredoxin was isolated from 60 liters of an E. cσ / z culture.
Die Proteinlösung wurde bei -20°C eingefroren. Das auf diese Weise isolierte Enzym ist bei -20°C mehrere Monate ohne Aktivitätsverlust lagerbar.The protein solution was frozen at -20 ° C. The enzyme isolated in this way can be stored at -20 ° C for several months without loss of activity.
Beispiel 4Example 4
Bestimmung der idealen Substratkonzentrationen (KM-Werte zur Durchführung eines Thioredoxin Reduktase-HemmtestsDetermination of the ideal substrate concentrations (KM values for performing a thioredoxin reductase inhibition test
3J KM- Wert-Bestimmung für Thioredoxin aus E. coli3J KM value determination for thioredoxin from E. coli
Für das Substrat Thioredoxin wurde der KM-Wert mittels der anfänglichen Fluoreszenz-abnahme bei 360 nm/465 nm bestimmt. Aufgrund der starken Schwankungen bei sehr kleinen Thioredoxin-For the substrate thioredoxin, the K M value was determined by means of the initial decrease in fluorescence at 360 nm / 465 nm. Due to the strong fluctuations in very small thioredoxin
Konzentrationen, der unterschiedlichen Qualität der Thioredoxin-Präparationen und der unterschiedlichen Hintergrundabnahme an NADPH wurden leicht variierende KM-Werte erhalten. Aus dem Lineweaver-Burk-Plot (Abbildung 6(A)) ergibt sich ein KM-Wert zwischen 0,75-5 μM. Die Messungen wurde mit 300 ng TRR durchgeführt. Die Menge an eingesetztem Thioredoxin wurde dabei variiert, um einen optimalen read-out zu erhalten. Dabei zeigte sich bei etwa 1 μMConcentrations, the different quality of the thioredoxin preparations and the different background decrease in NADPH, slightly varying K M values were obtained. The Lineweaver Burk plot (Figure 6 (A)) gives a K M value between 0.75-5 μM. The measurements were carried out with 300 ng TRR. The amount of thioredoxin used was varied in order to obtain an optimal read-out. It showed up at about 1 μM
Thioredoxin (heterolog in E. coli exprimiert, vgl. Beispiel 2), was etwa dem niedrigsten bestimmten KM-Wert und etwa ein sechstel des höchsten bestimmten KM-Werts entspricht, ein gutes Verhältnis zwischen read-out und Empfindlichkeit gegenüber Inhibitoren. 3.2 K -Wert-Bestimmung für NADPHThioredoxin (heterologously expressed in E. coli, see Example 2), which corresponds to approximately the lowest determined K M value and approximately one sixth of the highest determined K M value, a good relationship between read-out and sensitivity to inhibitors. 3.2 K value determination for NADPH
Um einen möglichst hohen read-out in einem für die Durchfülirung von Screening-Verfahren akzeptablen Zeitfenster zu erhalten, wurde der Test mit verschiedenen Konzentrationen von NADPH durchgeführt. Gemessen wird der Verbrauch von NADPH in Abhängigkeit von der eingesetzten NADPH-Konzentration. Die TRR1 -Konzentration betrug 300 ng in einem Reaktionsvolumen von 50 μl. Die Auftragung erfolgte als Lineweaver-Burk-Plot (Abbildung 6(B)). Der KM-Wert der Thioredoxin Reduktase für NADPH aus E.coli beträgt laut Literatur 3-8 μM. Da die NADPH-Fluoreszenz auch als Meßparameter dient, wurde die KM-Wert-Bestimmung parallel durch Nachweis der entstehenden freien SH-Gruppen des Thioredoxins mit DTNB durchgeführt und die Absorptionsänderung gemessen. Es ergab sich ein KM-Wert für NADPH von 16-40 μM aus der Messung mit NADPH. Die Durchfülirung eines Screening- Verfahrens bzw. eines Hemmtests wird deshalb z.B. mit 30 μM NADPH durchgeführt, um einen ausreichenden read-out zu erhalten.In order to obtain the highest possible read-out within a time window acceptable for the implementation of screening procedures, the test was carried out with different concentrations of NADPH. The consumption of NADPH is measured depending on the NADPH concentration used. The TRR1 concentration was 300 ng in a reaction volume of 50 μl. The application was carried out as a lineweaver burk plot (Figure 6 (B)). The K M value of the thioredoxin reductase for NADPH from E. coli is 3-8 μM according to the literature. Since the NADPH fluorescence also serves as a measurement parameter, the K M value determination was carried out in parallel by detecting the free SH groups of the thioredoxin formed with DTNB and the change in absorption was measured. A K M value for NADPH of 16-40 μM resulted from the measurement with NADPH. A screening method or an inhibition test is therefore carried out, for example, with 30 μM NADPH in order to obtain an adequate read-out.
Beispiel 5Example 5
" Prüfung der Funktionalität des Thioredoxin Reduktase-Hemmtests mit Hilfe eines bekannten Inhibitors der Thioredoxin Reduktase " Testing the functionality of the thioredoxin reductase inhibition test using a known inhibitor of thioredoxin reductase
Als Inhibitor der Thioredoxin Reduktase wird in der Literatur N-Ethylmaleimid (Mr 125Jg/mol) beschrieben. Um zu prüfen, ob mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Inhibitoren der Thioredoxin Reduktase identifiziert werden können, wurde das Verfahren anhand dieses bekannten Inhibitors getestet. Der Test wurde in Gegenwart von unterschiedlichen Konzentrationen an N-Ethylmaleimid durchgeführt. Es zeigte sich dabei, dass die NADPH- Fluoreszenz in Gegenwart von hohen Konzentrationen an Inhibitor zunächst sehr stark abnimmt. Daneben kann N-Ethylmaleimid auch Thioredoxin selbst als „SH-Gruppen-Reagens" hemmen. Die Messung (Abbildung 7) zeigt, dass die Hemmwirkung wie erwünscht konzentrationsabhängig ist, jedoch erst sehr hohe Konzentrationen an N-Ethylmaleimid zu einer vollständigen Reaktionshemmung führen. Unter Inkaufnahme des Verlustes eines Teils der NADPH-Fluoreszenz durch den Inhibitor ist der Hemmstoff für diesen Test als Kontrollhemmstoff geeignet. Beispiel 6The literature describes N-ethylmaleimide (M r 125Jg / mol) as an inhibitor of thioredoxin reductase. In order to check whether inhibitors of thioredoxin reductase can be identified using the method according to the invention, the method was tested using this known inhibitor. The test was carried out in the presence of different concentrations of N-ethylmaleimide. It was shown that the NADPH fluorescence initially decreases very strongly in the presence of high concentrations of inhibitor. In addition, N-ethylmaleimide can also inhibit thioredoxin itself as an "SH group reagent". The measurement (Figure 7) shows that the inhibitory effect is concentration-dependent as desired, but only very high concentrations of N-ethylmaleimide lead to complete inhibition of the reaction If the inhibitor accepts the loss of part of the NADPH fluorescence, the inhibitor is suitable as a control inhibitor for this test. Example 6
Identifzierung von Modulatoren der Thioredoxin Reduktase in 384-well-MTP in einem Assay mit Thioredoxin regenerierendem SystemIdentification of modulators of thioredoxin reductase in 384-well MTP in an assay with a thioredoxin regenerating system
In den Spalten 1 und 2 der MTP wurde die Negativ-Kontrolle pipettiert. Diese setzte sich zusammen aus 5μl 5%(v/v) DMSO, 20μl Substratlösung (18,75mM Kaliumphosphat-Puffer pHThe negative control was pipetted into columns 1 and 2 of the MTP. This was composed of 5μl 5% (v / v) DMSO, 20μl substrate solution (18.75mM potassium phosphate buffer pH
7.4; l,25mM EDTA, 75μM NADPH) und 25μl Enzymlösung ohne TRR (15mM Kaliumphosphat- Puffer pH 7.4; ImM EDTA, 256 μM Insulin, 40nM/μl Thioredoxin). In die Spalten 3 und 4 wurde die Positiv-Kontrolle pipettiert. Diese setzte sich zusammen aus 5μl 5%(v/v) DMSO, 20μl Substratlösung (18,75mM Kaliumphosphat-Puffer pH 7.4; l,25mM EDTA, 75μM NADPH) und 25μl Enzymlösung ( 15mM Kaliumphosphat-Puffer pH 7.4; ImM EDTA, 256 μM Insulin,7.4; 1, 25mM EDTA, 75μM NADPH) and 25μl enzyme solution without TRR (15mM potassium phosphate buffer pH 7.4; ImM EDTA, 256 μM insulin, 40nM / μl thioredoxin). The positive control was pipetted into columns 3 and 4. This consisted of 5μl 5% (v / v) DMSO, 20μl substrate solution (18.75mM potassium phosphate buffer pH 7.4; 1, 25mM EDTA, 75μM NADPH) and 25μl enzyme solution (15mM potassium phosphate buffer pH 7.4; ImM EDTA, 256 μM insulin,
40nM/μl Thioredoxin und 4.8 ng/μl TRR). In die übrigen Spalten wurden Prüfsubstanzen in einer Konzentration von lOμM in DMSO vorgelegt, wobei zum Verdünnen der Substanz H20 verwendet wurde. Nach Zugabe von 20ml Substratlösung (18J5mM Kaliumphosphat-Puffer pH 7.4; l,25mM EDTA, 75 μM NADPH) wurden zum Start der Reaktion 25 μl Enzymlösung ( 15mM Kaliumphosphat-Puffer pH 7.4; ImM EDTA, 256 μM Insulin, 40nM/μl Thioredoxin und 4.8 ng/μl40nM / ul thioredoxin and 4.8ng / ul TRR). Test substances in a concentration of 10 μM in DMSO were placed in the remaining columns, H 2 0 being used to dilute the substance. After adding 20 ml substrate solution (18J5mM potassium phosphate buffer pH 7.4; l, 25mM EDTA, 75 μM NADPH), 25 μl enzyme solution (15mM potassium phosphate buffer pH 7.4; ImM EDTA, 256 μM insulin, 40nM / μl thioredoxin and 4.8 ng / μl
TRR) zugegeben. Es erfolgte eine Inkubation bei 30°C für 45 min. Anschließend wurden 50μl eines Resazurin PMS-Mixes (300mM Natriumacetat pH 5.8, 1% (v/v) DMSO, 20mM PMS, lOμM Resazurin) zugegeben. Das während der Reaktion nicht umgesetzte NADPH reagiert mit Resazurin in Gegenwart von PMS zu fluoreszierendem Resorufin. Der Nachweis des Resorufins erfolgte durch Bestimmung der Abnahme der Fluoreszenzintensität bei 595 nm (Excitation 550 nm) in einem geeigneten SPECTRAFluor Plus Reader der Firma Tecan.TRR) added. There was an incubation at 30 ° C for 45 min. Then 50 μl of a resazurin PMS mix (300 mM sodium acetate pH 5.8, 1% (v / v) DMSO, 20 mM PMS, 10 μM resazurin) were added. The NADPH not reacted during the reaction reacts with resazurin in the presence of PMS to form fluorescent resorufin. The resorufin was detected by determining the decrease in the fluorescence intensity at 595 nm (excitation 550 nm) in a suitable SPECTRAFluor Plus reader from Tecan.
Beispiel 7Example 7
Nachweis der fungiziden Wirkung der identifizierten Inhibitoren der Thioredoxin ReduktaseEvidence of the fungicidal activity of the identified inhibitors of thioredoxin reductase
In die Kavitäten von Mikrotiterplatten werden eine methanolische Lösung des anhand eines erfindungsgemäßen Verfahrens identifizierten Wirkstoffs (Bsp. 4), versetzt mit einem Emulgator, pipettiert. Nachdem das Lösungsmittel abgedampft ist, werden je Kavität 200 μl Potatoe-Dextrose- Medium hinzugefügt. Das Medium wird vorher mit geeigneten Konzentrationen von Sporen bzw. Mycelen des zu prüfenden Pilzes versetzt.A methanolic solution of the active substance identified by means of a method according to the invention (Example 4), mixed with an emulsifier, is pipetted into the cavities of microtiter plates. After the solvent has evaporated, 200 μl of potato dextrose medium are added to each cavity. Suitable concentrations of spores or mycelia of the fungus to be tested are added to the medium beforehand.
Die resultierenden Konzentrationen des Wirkstoffs beträgt z.B. 0J, 1, 10 und 100 ppm. Die resultierende Konzentration des Emulgators beträgt 300 ppm.The resulting concentrations of the active ingredient are e.g. 0J, 1, 10 and 100 ppm. The resulting concentration of the emulsifier is 300 ppm.
Die Platten werden anschließend auf einem Schüttler bei einer Temperatur von 22°C inkubiert, bis in der unbehandelten Kontrolle ein ausreichendes Wachstum feststellbar ist. Die Auswertung erfolgt photometrisch bei einer Wellenlänge von 620 nm. Aus den Messdaten der verschiedenen Konzentrationen wird die Wirkstoffdosis, die zu einer 50 %igen Hemmung des Pilzwachstums gegenüber der unbehandelten Kontrolle führt (ED5o), berechnet. The plates are then incubated on a shaker at a temperature of 22 ° C. until sufficient growth can be determined in the untreated control. The evaluation photometrically at a wavelength of 620 nm. From the measurement of the different concentrations, the dose of active ingredient that results in a 50% inhibition of fungal growth compared to the untreated control (ED 5 o) was calculated.
Literaturliterature
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