JP5492696B2 - Determination method of DNA methylation degree by single molecule fluorescence analysis - Google Patents

Determination method of DNA methylation degree by single molecule fluorescence analysis Download PDF

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Description

本発明は、一分子蛍光分析法によるDNAのメチル化度の決定方法に関する。   The present invention relates to a method for determining the degree of methylation of DNA by single molecule fluorescence analysis.

ゲノムDNAのメチル化修飾やヒストン修飾に代表されるエピジェネティクスは、細胞の発生、分化、リプログラミングに重要であることが知られている。ヒトを含む多くの真核生物においてゲノムDNAのメチル化は、シトシン塩基の次にグアニン塩基が続く“CpG配列”のシトシン塩基に付加される。メチル化を受ける“CpG配列”は、ゲノムの多くの領域では散在性に存在するが、“CpG配列”が例外的に高頻度に出現する領域が存在し、この領域は“CpGアイランド”と呼ばれる。“CpGアイランド”は、転写開始点、プロモーター領域を含む。“CpG配列”は、ゲノムの多くの領域でメチル化されているのに対し、“CpGアイランド”の多くは、非メチル化状態に保たれている。   Epigenetics represented by methylation modification and histone modification of genomic DNA are known to be important for cell development, differentiation, and reprogramming. In many eukaryotes, including humans, genomic DNA methylation is added to the cytosine bases of the “CpG sequence”, followed by a cytosine base followed by a guanine base. “CpG sequences” that undergo methylation are scattered in many regions of the genome, but there are regions in which “CpG sequences” appear exceptionally frequently, and these regions are called “CpG islands”. . “CpG island” includes a transcription start site and a promoter region. “CpG sequences” are methylated in many regions of the genome, whereas many “CpG islands” remain unmethylated.

DNAのメチル化異常は、種々の疾病に関与することが報告され、がん細胞では、ゲノムDNA全体の低メチル化と、癌抑制遺伝子のプロモーター領域のCpGアイランドの高メチル化がみられる。ゲノムDNA全体の低メチル化は、染色体を不安定な状態にして発癌に関与し、CpGアイランドの高メチル化は、癌抑制遺伝子を不活化して発癌に関与する。   DNA methylation abnormalities have been reported to be involved in various diseases, and cancer cells exhibit hypomethylation of the entire genomic DNA and hypermethylation of CpG islands in the promoter region of tumor suppressor genes. Hypomethylation of the entire genomic DNA is involved in carcinogenesis with chromosomal instability, and hypermethylation of CpG islands is involved in carcinogenesis by inactivating tumor suppressor genes.

したがって、一見正常にみえる組織に蓄積しているDNAメチル化異常の定量は、発癌リスクの診断に有用であることが期待され、DNAメチル化解析の重要性が高まっている。また、臨床応用の場面においては、個々の検体のメチル化度を数値化すること(定量性)が求められる。   Therefore, the quantification of DNA methylation abnormality accumulated in a seemingly normal tissue is expected to be useful for diagnosis of carcinogenic risk, and the importance of DNA methylation analysis is increasing. In clinical application, it is required to quantify the degree of methylation of individual specimens (quantitativeness).

DNAメチル化解析は、特定のCpGアイランドなどの特定のゲノム領域についての解析と、ゲノム全体のメチル化異常を調べるゲノム網羅的な解析に大別される。DNAのメチル化を解析する手法としてこれまでに種々の手法が報告され、代表的な手法として、「バイサルファイトシークエンシング」、「DNAメチル化アレイ」が知られている。   DNA methylation analysis is roughly divided into analysis of specific genomic regions such as specific CpG islands and genome-wide analysis for examining methylation abnormalities of the entire genome. Various methods have been reported so far for analyzing DNA methylation, and “bisulfite sequencing” and “DNA methylation array” are known as typical methods.

1.バイサルファイトシークエンシング
「バイサルファイトシークエンシング」は、一本鎖DNAを重亜硫酸ナトリウム(Sodium bisulfite)で処理すると、非メチル化シトシンは反応してウラシルに変換されるが、メチル化シトシンは変換されないという原理(バイサルファイト変換)を利用し、処理前と処理後の塩基配列を解析してメチル化部位を調べる手法である。この方法は、塩基配列の解析を伴うため、ゲノム全体の解析ではなく、特定のDNA領域のメチル化状態を調べるために用いられる。この方法は、バイサルファイト処理、プライマーの設定、DNAの増幅処理、シークエンシングおよびデータ解析が必要であり、特定のDNA領域のメチル化解析を完了させるためには少なくとも数日、通常は約1週間弱の時間を要する。近年、この方法は、マイクロアレイや次世代シークエンス法と組み合わせて、ゲノム網羅的な解析に用いる試みも行われているが、現状では、この方法でゲノム全体を解析した場合、多大な労力、時間がかかり、多量のサンプルを必要とするため、ゲノム全体の解析には不向きな方法である。また、ゲノムDNAの中にはバイサルファイト変換されにくいDNA領域があるため、生体DNAのメチル化状態を反映しない測定結果が得られる場合がある。
1. Bisulfite Sequencing “Bisulphite Sequencing” means that when single-stranded DNA is treated with sodium bisulfite, unmethylated cytosine reacts and is converted to uracil, but methylated cytosine is not converted. This is a technique for examining methylation sites by analyzing the base sequences before and after treatment using the principle (bisulfite conversion). Since this method involves analysis of the base sequence, it is used not for analyzing the entire genome but for examining the methylation state of a specific DNA region. This method requires bisulfite treatment, primer setting, DNA amplification treatment, sequencing and data analysis, and at least several days, usually about one week, to complete methylation analysis of a specific DNA region It takes a little time. In recent years, this method has been attempted to be used for genome-wide analysis in combination with microarrays and next-generation sequencing methods. However, at present, if this method is used to analyze the entire genome, a great deal of labor and time is required. This method is not suitable for analyzing the entire genome because it requires a large amount of sample. In addition, since there is a DNA region that is difficult to be bisulfite converted in genomic DNA, a measurement result that does not reflect the methylation state of biological DNA may be obtained.

2.DNAメチル化アレイ
「DNAメチル化アレイ」は、マイクロアレイ解析を用いてDNAのメチル化度を調べる手法である。この方法には、メチル化感受性制限酵素を使用するMIAMI法や、抗メチル化シトシン抗体を用いたMeDIP法などがある。この方法は、ゲノム全体のメチル化を解析することができるが、定量的な手法でない。また、機械が高価である上に、測定コスト(試薬)が高価である。
2. DNA methylation array “DNA methylation array” is a technique for examining the degree of DNA methylation using microarray analysis. This method includes the MIAMI method using a methylation sensitive restriction enzyme and the MeDIP method using an anti-methylated cytosine antibody. This method can analyze methylation of the whole genome, but is not a quantitative method. Further, the machine is expensive and the measurement cost (reagent) is expensive.

3.バイサルファイト変換を利用した方法
特許文献1および2は、バイサルファイト変換を利用して特定のゲノム領域のメチル化を解析する方法を開示する。特許文献1は、DNAをバイサルファイト変換後、標識dCTPの存在下で増幅し、取り込まれた標識dCTPの測定によりメチル化率を割り出すことを開示する。また、特許文献2は、バイサルファイト変換後、メチル化特異的プライマーと非メチル化特異的プライマーを用いたPCRによって、ゲノムDNA中のCpGアイランドを検出することを開示する。
3. Methods using bisulfite conversion Patent Documents 1 and 2 disclose a method for analyzing methylation of a specific genomic region using bisulfite conversion. Patent Document 1 discloses that after bisulfite conversion of DNA, it is amplified in the presence of labeled dCTP, and the methylation rate is determined by measuring the incorporated labeled dCTP. Patent Document 2 discloses detecting CpG islands in genomic DNA by PCR using a methylation specific primer and an unmethylation specific primer after bisulfite conversion.

4.メチル化DNA結合タンパク質を用いた方法
特許文献3は、メチル化DNA結合タンパク質をメチル化DNAの検出に用いた方法を開示する。特許文献3は、メチル−CpG結合タンパク質(MBD)のDNA結合ドメインと抗体のFcフラグメントのキメラタンパクを作製して、メチル化DNAを特異的に検出する抗体として用いて、メチル化DNAを検出することを開示する。
4). Method Using Methylated DNA Binding Protein Patent Document 3 discloses a method using methylated DNA binding protein for detection of methylated DNA. Patent Document 3 detects a methylated DNA by preparing a chimeric protein of a DNA-binding domain of methyl-CpG binding protein (MBD) and an Fc fragment of an antibody and specifically using the methylated DNA as an antibody. To disclose.

特開2005−168486号公報JP 2005-168486 A 特表2002−543852号公報Special Table 2002-543852 特表2008−521389号公報Special table 2008-521389 gazette

本発明者らは、従来のDNAメチル化解析に比べて、定量性に優れ、簡便で、短時間での測定が可能な方法を提供することを目的とする。とりわけ、ゲノム全体の解析に適した方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a method that is superior in quantitativeness, simple, and capable of measurement in a short time as compared with conventional DNA methylation analysis. In particular, an object is to provide a method suitable for the analysis of the entire genome.

本発明者らは、一分子蛍光分析法を用いてDNAのメチル化度を決定するという新たな発想から出発し、メチル化DNA結合タンパク質を、分子量変化を引き起こすための蛍光分子として使用し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は、以下の手段を提供する。   Starting from a new idea of determining the degree of DNA methylation using single-molecule fluorescence analysis, the present inventors have used methylated DNA-binding proteins as fluorescent molecules for causing molecular weight changes. The invention has been completed. That is, the present invention provides the following means.

[1] 一分子蛍光分析法によるゲノムDNA全体のメチル化度の決定方法であって、
(1)被検体から採取されたゲノムDNAを、制限酵素処理により断片化し、断片化されたゲノムDNAを得る工程と、
(2)断片化されたゲノムDNAと、蛍光標識したメチル化DNA結合タンパク質とを反応させる工程と、
(3)反応溶液中の蛍光分子の蛍光強度を一分子蛍光分析法により測定し、蛍光分子の並進拡散時間を求める工程と、
(4)得られた並進拡散時間から、ゲノムDNA全体のメチル化度を決定する工程
を含むことを特徴とする方法。
[1] A method for determining the degree of methylation of the entire genomic DNA by single molecule fluorescence analysis,
(1) a step of fragmenting genomic DNA collected from a subject by restriction enzyme treatment to obtain fragmented genomic DNA;
(2) reacting fragmented genomic DNA with fluorescently labeled methylated DNA binding protein;
(3) measuring the fluorescence intensity of the fluorescent molecules in the reaction solution by single molecule fluorescence analysis, and determining the translational diffusion time of the fluorescent molecules;
(4) A method comprising the step of determining the degree of methylation of the entire genomic DNA from the obtained translational diffusion time.

[2] 前記(4)の工程において、下記式1によりメチル化度を求めることを特徴とする、上記[1]に記載の方法:
式1:被検体サンプルDNAのメチル化率(%)={(被検体サンプルDNAの並進拡散時間-0%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間)/(100%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間-0%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間)}×100。
[2] The method according to [1] above, wherein in the step (4), the degree of methylation is obtained by the following formula 1.
Formula 1: Methylation rate of analyte sample DNA (%) = {(translational diffusion time of analyte sample DNA−0% translational diffusion time of methylated control DNA) / (translational diffusion time of 100% methylated control DNA− 0% methylated control DNA translational diffusion time)} × 100.

[3] 前記(1)の工程における制限酵素がMseIであることを特徴とする、上記[1]に記載の方法。   [3] The method according to [1] above, wherein the restriction enzyme in the step (1) is MseI.

[4] 前記(2)の工程におけるメチル化DNA結合タンパク質がMBD2(Methyl-CpG binding domain protein 2)であることを特徴とする、上記[1]に記載の方法。   [4] The method according to [1] above, wherein the methylated DNA binding protein in the step (2) is MBD2 (Methyl-CpG binding domain protein 2).

[5] 一分子蛍光分析法による特定DNA領域のメチル化度の決定方法であって、
(1)被検体から採取されたゲノムDNAにバイサルファイト変換を行い、非メチル化シトシンをウラシルに変換し、メチル化シトシンを未変換のまま維持する工程と、
(2)疾患と関連してメチル化されることが知られている特定DNA領域を増幅し、増幅産物を得る工程と、
(3)増幅産物のCpG配列にメチル化処理を行う工程と、
(4)メチル化処理後のDNAと、蛍光標識したメチル化DNA結合タンパク質とを反応させる工程と、
(5)反応溶液中の蛍光分子の蛍光強度を一分子蛍光分析法により測定し、蛍光分子の並進拡散時間を求める工程と、
(6)得られた並進拡散時間から、特定DNA領域のメチル化度を決定する工程
を含むことを特徴とする方法。
[5] A method for determining the degree of methylation of a specific DNA region by single molecule fluorescence analysis,
(1) performing bisulfite conversion on genomic DNA collected from a subject, converting unmethylated cytosine to uracil, and maintaining methylated cytosine unconverted;
(2) amplifying a specific DNA region known to be methylated in association with a disease to obtain an amplification product;
(3) a step of methylating the CpG sequence of the amplification product;
(4) a step of reacting DNA after methylation treatment with fluorescently labeled methylated DNA binding protein;
(5) measuring the fluorescence intensity of the fluorescent molecules in the reaction solution by single molecule fluorescence analysis, and determining the translational diffusion time of the fluorescent molecules;
(6) A method comprising the step of determining the degree of methylation of a specific DNA region from the obtained translational diffusion time.

[6] 疾患と関連してメチル化されることが知られている特定DNA領域が、癌抑制遺伝子のプロモーター領域であることを特徴とする、上記[5]に記載の方法。   [6] The method according to [5] above, wherein the specific DNA region known to be methylated in connection with a disease is a promoter region of a tumor suppressor gene.

[7] 一分子蛍光分析法による、被検体におけるDNAメチル化異常関連疾患のかかりやすさの検査方法であって、
上記[1]に記載の方法に従って被検体のゲノムDNA全体のメチル化度を決定する工程と、
決定された被検体のゲノムDNA全体のメチル化度を、健常な個体のメチル化度と比較する工程
を含むことを特徴とする方法。
[7] A method for examining the susceptibility of a DNA methylation abnormality-related disease in a subject by single molecule fluorescence analysis,
Determining the degree of methylation of the entire genomic DNA of the subject according to the method described in [1] above;
A method comprising the step of comparing the determined methylation degree of the whole genomic DNA of a subject with the methylation degree of a healthy individual.

[8] 一分子蛍光分析法による、被検体におけるDNAメチル化異常関連疾患のかかりやすさの検査方法であって、
上記[5]に記載の方法に従って被検体の特定DNA領域のメチル化度を決定する工程と、
決定された被検体の特定DNA領域のメチル化度を、健常な個体のメチル化度と比較する工程
を含むことを特徴とする方法。
[8] A method for examining the susceptibility of a DNA methylation abnormality-related disease in a subject by single molecule fluorescence analysis,
Determining the degree of methylation of the specific DNA region of the subject according to the method described in [5] above;
A method comprising the step of comparing the determined degree of methylation of a specific DNA region of a subject with the degree of methylation of a healthy individual.

[9] 一分子蛍光分析法による、被検体におけるDNAメチル化異常関連疾患のかかりやすさの検査方法であって、
上記[1]に記載の方法に従って被検体のゲノムDNA全体のメチル化度を決定する工程と、
上記[5]に記載の方法に従って被検体の特定DNA領域のメチル化度を決定する工程と、
上記[1]に記載の方法に従って決定されたメチル化度を、健常な個体のメチル化度と比較し、上記[5]に記載の方法に従って決定されたメチル化度を、健常な個体のメチル化度と比較する工程
を含むことを特徴とする方法。
[9] A method for examining the susceptibility of a DNA methylation abnormality-related disease in a subject by single molecule fluorescence analysis,
Determining the degree of methylation of the entire genomic DNA of the subject according to the method described in [1] above;
Determining the degree of methylation of the specific DNA region of the subject according to the method described in [5] above;
The methylation degree determined according to the method described in [1] is compared with the methylation degree of a healthy individual, and the methylation degree determined according to the method described in [5] A method comprising the step of comparing with the degree of conversion.

[10] 上記[7]〜[9]の何れか1に記載の方法であって、前記比較工程おいて被検体のメチル化度と健常な個体のメチル化度との間に有意な差が認められた場合に、被検体はDNAメチル化異常関連疾患にかかりやすいと判断する工程を更に含むことを特徴とする方法。   [10] The method according to any one of [7] to [9], wherein in the comparison step, there is a significant difference between the methylation degree of the subject and the methylation degree of a healthy individual. A method, further comprising the step of determining that the subject is likely to suffer from a DNA methylation abnormality-related disease when recognized.

[11] 前記DNAメチル化異常関連疾患が癌であることを特徴とする、上記[7]〜[9]の何れか1に記載の方法。   [11] The method according to any one of [7] to [9] above, wherein the DNA methylation abnormality-related disease is cancer.

[12] 被検体における脱メチル化剤の効能の検査方法であって、
被検体または被検体サンプルに脱メチル化剤を投与する工程と、
投与前と投与後のそれぞれにおいて、上記[1]に記載の方法に従って被検体または被検体サンプルに由来するゲノムDNA全体のメチル化度を決定する工程と、
投与後の被検体のゲノムDNAのメチル化度が、投与前の被検体のゲノムDNAのメチル化度と比べて低い場合に、被検体にとって脱メチル化剤の処方が有効であると判断する工程
を含むことを特徴とする方法。
[12] A method for testing the efficacy of a demethylating agent in a subject,
Administering a demethylating agent to a subject or subject sample;
Determining the degree of methylation of the subject or the whole genomic DNA derived from the subject sample according to the method described in [1] before and after the administration,
A step of determining that the premethylation agent prescription is effective for the subject when the degree of methylation of the genomic DNA of the subject after administration is lower than the degree of methylation of the genomic DNA of the subject before administration. A method comprising the steps of:

[13] 被検体における脱メチル化剤の応答性の検査方法であって、
上記[5]に記載の方法に従って被検体の特定DNA領域のメチル化度を決定する工程と、
決定された被検体の特定DNA領域のメチル化度が、健常な個体の特定DNA領域のメチル化度と比べて高い場合に、被検体にとって脱メチル化剤の処方が有効であると判断する工程
を含むことを特徴とする方法。
[13] A test method for responsiveness of a demethylating agent in a subject,
Determining the degree of methylation of the specific DNA region of the subject according to the method described in [5] above;
A step of determining that the demethylating agent prescription is effective for the subject when the determined degree of methylation of the specific DNA region of the subject is higher than the degree of methylation of the particular DNA region of a healthy individual A method comprising the steps of:

[14] 被検体における脱メチル化剤の効能の検査方法であって、
被検体または被検体サンプルに脱メチル化剤を投与する工程と、
投与前と投与後のそれぞれにおいて、上記[5]に記載の方法に従って被検体または被検体サンプルに由来する特定DNA領域のメチル化度を決定する工程と、
投与後の被検体の特定DNA領域のメチル化度が、投与前の被検体の特定DNA領域のメチル化度と比べて低い場合に、被検体にとって脱メチル化剤の処方が有効であると判断する工程
を含むことを特徴とする方法。
[14] A method for testing the efficacy of a demethylating agent in a subject,
Administering a demethylating agent to a subject or subject sample;
A step of determining the degree of methylation of a subject or a specific DNA region derived from a subject sample according to the method described in [5] before and after the administration; and
When the methylation degree of the specific DNA region of the subject after administration is lower than the methylation degree of the specific DNA region of the subject before administration, it is judged that the premethylation agent prescription is effective for the subject. A method comprising the step of:

本発明の方法によれば、DNAのメチル化度を定量的に決定することができる。本発明の方法は、簡便であり、短時間で行うことができ、測定コストが安価である。また、本発明の方法は、ゲノムDNA全体のメチル化度の決定に適している。   According to the method of the present invention, the methylation degree of DNA can be quantitatively determined. The method of the present invention is simple, can be performed in a short time, and the measurement cost is low. In addition, the method of the present invention is suitable for determining the degree of methylation of the entire genomic DNA.

本発明の方法は、被検体におけるDNAメチル化異常関連疾患(たとえば癌)のかかりやすさの検査およびかかる疾患の診断に適用することができる。また、本発明の方法は、被検体における脱メチル化剤の応答性の検査および脱メチル化剤の効能(効きやすさ)の検査に適用することができる。   The method of the present invention can be applied to the examination of the susceptibility of a DNA methylation abnormality-related disease (for example, cancer) in a subject and the diagnosis of such a disease. In addition, the method of the present invention can be applied to the examination of the responsiveness of the demethylating agent in the subject and the examination of the efficacy (ease of effectiveness) of the demethylating agent.

本発明の「一分子蛍光分析法によるゲノムDNA全体のメチル化度の決定方法」の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the "determination method of the methylation degree of the whole genomic DNA by the single molecule fluorescence analysis method" of this invention. 酵素MseIで処理したゲノムDNAの電気泳動結果を示す写真(実施例1)。The photograph (Example 1) which shows the electrophoresis result of the genomic DNA processed with the enzyme MseI. 非標識MBD2を用いたゲノムDNAと蛍光標識MBD2の結合阻害実験の結果を示す図(実施例2)。The figure which shows the result of the binding inhibition experiment of the genomic DNA using the unlabeled MBD2 and the fluorescence labeled MBD2 (Example 2). 0%メチル化コントロールDNAにおけるp15およびp16遺伝子プロモーター領域内CpGアイランドのバイサルファイトシークエンシングの結果を示す図(実施例3)。The figure which shows the result of the bisulfite sequencing of the CpG island in the promoter region of p15 and p16 genes in 0% methylated control DNA (Example 3). 100%メチル化コントロールDNAにおけるp15およびp16遺伝子プロモーター領域内CpGアイランドのバイサルファイトシークエンシングの結果を示す図(実施例3)。The figure which shows the result of the bisulfite sequencing of the CpG island in the promoter region of p15 and p16 genes in 100% methylated control DNA (Example 3). 0%メチル化コントロールDNA、50%メチル化コントロールDNA、100%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間を示す図(実施例3)。The figure which shows the translational diffusion time of 0% methylation control DNA, 50% methylation control DNA, and 100% methylation control DNA (Example 3). 本発明の方法に従って算出されたゲノムDNAのメチル化率を示す図(実施例4)。The figure which shows the methylation rate of the genomic DNA computed according to the method of this invention (Example 4). 従来法によるゲノムDNAのメチル化アレイ解析の結果を示す写真(実施例4)。(Example 4) which shows the result of the methylation array analysis of the genomic DNA by a conventional method. 本発明の「一分子蛍光分析法による特定DNA領域のメチル化度の決定方法」の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the "determination method of the methylation degree of the specific DNA area | region by a single molecule fluorescence analysis method" of this invention. 本発明の方法に従って算出された特定DNA領域のメチル化率を示す図(実施例5)。The figure which shows the methylation rate of the specific DNA area | region calculated according to the method of this invention (Example 5). 従来法による特定DNA領域のバイサルファイトシークエンシングの結果を示す図(実施例5)。The figure which shows the result of the bisulfite sequencing of the specific DNA area | region by a conventional method (Example 5). 急性白血病(AML)患者および健常人に由来するゲノムDNAのメチル化率を示す図(実施例6)。The figure which shows the methylation rate of the genomic DNA derived from an acute leukemia (AML) patient and a healthy person (Example 6).

以下、本発明を詳細に説明するが、以下の説明は、本発明を説明することを目的とし、本発明を限定することを意図しない。   The present invention is described in detail below, but the following description is intended to illustrate the present invention and is not intended to limit the present invention.

1.ゲノムDNA全体のメチル化度の決定方法
本発明の「一分子蛍光分析法によるゲノムDNA全体のメチル化度の決定方法」は、
(1)被検体から採取されたゲノムDNAを、制限酵素処理により断片化し、断片化されたゲノムDNAを得る工程と、
(2)断片化されたゲノムDNAと、蛍光標識したメチル化DNA結合タンパク質とを反応させる工程と、
(3)反応溶液中の蛍光分子の蛍光強度を一分子蛍光分析法により測定し、蛍光分子の並進拡散時間を求める工程と、
(4)得られた並進拡散時間から、ゲノムDNA全体のメチル化度を決定する工程
を含む。
1. Method for determining the degree of methylation of the entire genomic DNA The “method for determining the degree of methylation of the entire genomic DNA by single molecule fluorescence analysis” of the present invention is as follows.
(1) a step of fragmenting genomic DNA collected from a subject by restriction enzyme treatment to obtain fragmented genomic DNA;
(2) reacting fragmented genomic DNA with fluorescently labeled methylated DNA binding protein;
(3) measuring the fluorescence intensity of the fluorescent molecules in the reaction solution by single molecule fluorescence analysis, and determining the translational diffusion time of the fluorescent molecules;
(4) A step of determining the degree of methylation of the entire genomic DNA from the obtained translational diffusion time is included.

上記方法の一例を模式的に図1に示す。図1を参照しながら以下説明する。図1において、ゲノムDNA(gDNA)のメチル化部位を黒丸で示し、非メチル化部位を白丸で示す。(1)ゲノムDNAを、制限酵素MseI処理により種々の長さの断片に断片化する(MseI treatment)。(2)断片化されたDNAを、蛍光標識したメチル化DNA結合タンパク質(TAMRA−MBD2)と反応させる。ここでメチル化DNA結合タンパク質(蛍光分子)は、ゲノムDNAのメチル化部位に特異的に結合する。(3)反応溶液中の蛍光分子の蛍光強度を一分子蛍光分析法(Single-molecule detection system)により測定し、蛍光分子の並進拡散時間を求める。ここで、メチル化DNA結合タンパク質(蛍光分子)がメチル化DNAのメチル化部位に結合すると、蛍光分子の分子量は増大し、蛍光分子の並進拡散時間は増大する。(4)得られた並進拡散時間に基づいて、ゲノムDNAのメチル化率を求める。   An example of the above method is schematically shown in FIG. This will be described below with reference to FIG. In FIG. 1, methylated sites of genomic DNA (gDNA) are indicated by black circles, and unmethylated sites are indicated by white circles. (1) Genomic DNA is fragmented into fragments of various lengths by restriction enzyme MseI treatment (MseI treatment). (2) The fragmented DNA is reacted with a fluorescently labeled methylated DNA binding protein (TAMRA-MBD2). Here, the methylated DNA binding protein (fluorescent molecule) specifically binds to the methylated site of genomic DNA. (3) The fluorescence intensity of the fluorescent molecules in the reaction solution is measured by a single-molecule detection system, and the translational diffusion time of the fluorescent molecules is determined. Here, when a methylated DNA binding protein (fluorescent molecule) binds to a methylated site of methylated DNA, the molecular weight of the fluorescent molecule increases and the translational diffusion time of the fluorescent molecule increases. (4) Based on the obtained translational diffusion time, the methylation rate of genomic DNA is determined.

本願明細書において、「メチル化度」と「メチル化率」は同義で使用される。   In the present specification, “degree of methylation” and “methylation rate” are used synonymously.

以下、上記(1)〜(4)の各工程について説明する。   Hereinafter, each process of said (1)-(4) is demonstrated.

(1)断片化工程
本発明において被検体は、DNAのメチル化度を決定したい任意の生物であり、好ましくは哺乳動物、より好ましくはヒトである。被検体からのゲノムDNAの採取は、任意の組織(たとえば血液、口腔粘膜細胞、尿、患部組織やその周辺組織、骨髄サンプル、並びに被検体から採取した細胞の初代培養細胞など)から公知の手法に従って行うことができる。なお、ヒト被検体の場合、上記組織は、少ない苦痛で採取できるものが好ましい。
(1) Fragmentation Step In the present invention, the subject is an arbitrary organism for which the degree of DNA methylation is to be determined, preferably a mammal, more preferably a human. Collection of genomic DNA from a subject is a known technique from any tissue (for example, blood, oral mucosal cells, urine, affected tissue and surrounding tissues, bone marrow samples, and primary cultured cells of cells collected from the subject). Can be done according to. In the case of a human subject, the tissue is preferably one that can be collected with little pain.

採取されたゲノムDNAを、制限酵素処理により断片化する。制限酵素は、DNAのメチル化部位(CpG配列)を切断しない制限酵素、すなわちCpG配列以外の認識部位を有する制限酵素であれば、任意の制限酵素を使用することができる。制限酵素は、好ましくはMseI、Tru9 I(いずれも認識配列はTTAAである)が使用される。これら制限酵素の処理により得られるDNA断片(約200〜800bp)は、安定した一分子蛍光分析の測定値(並進拡散時間)を提供できることが本発明で確認されている。   The collected genomic DNA is fragmented by restriction enzyme treatment. Any restriction enzyme can be used as long as it is a restriction enzyme that does not cleave DNA methylation site (CpG sequence), that is, a restriction enzyme having a recognition site other than the CpG sequence. The restriction enzyme is preferably MseI or Tru9 I (both have a recognition sequence of TTAA). It has been confirmed in the present invention that a DNA fragment (about 200 to 800 bp) obtained by treatment with these restriction enzymes can provide a stable measurement value (translational diffusion time) of single molecule fluorescence analysis.

断片化工程において、好ましくは約200〜800bpのサイズのDNA断片を得る。上述の断片化サイズは、メチル化DNA結合タンパク質(蛍光分子)の分子量の増大を引き起こすサイズとして好ましい範囲を例示したものであり、かかるサイズに限定されない。   In the fragmentation step, a DNA fragment preferably having a size of about 200 to 800 bp is obtained. The fragmentation size described above exemplifies a preferable range as a size that causes an increase in the molecular weight of the methylated DNA binding protein (fluorescent molecule), and is not limited to such a size.

所望のサイズのDNA断片を得るための制限酵素処理は、たとえば、500 ngのゲノムDNAに対して、終濃度2.5 U/μlの濃度の制限酵素を用いて、37℃で12〜15時間反応させることにより行うことができる。必要であれば、所望のサイズのDNA断片が得られるような処理条件を設定してもよい。   A restriction enzyme treatment for obtaining a DNA fragment of a desired size is performed by, for example, reacting 500 ng of genomic DNA with a restriction enzyme at a final concentration of 2.5 U / μl at 37 ° C. for 12 to 15 hours. Can be done. If necessary, processing conditions may be set so that a DNA fragment of a desired size can be obtained.

(2)反応工程
上記(1)の工程で得られたゲノムDNA断片と、蛍光標識したメチル化DNA結合タンパク質とを反応させる。ここで、メチル化部位を有するゲノムDNA断片は、メチル化DNA結合タンパク質と結合するが、メチル化部位を有していないゲノムDNA断片は、メチル化DNA結合タンパク質と結合しない。
(2) Reaction step The genomic DNA fragment obtained in the step (1) is reacted with a fluorescently labeled methylated DNA binding protein. Here, a genomic DNA fragment having a methylation site binds to a methylated DNA binding protein, but a genomic DNA fragment not having a methylation site does not bind to the methylated DNA binding protein.

ここで使用されるメチル化DNA結合タンパク質は、CpG配列のメチル化シトシンを特異的に認識して結合することが知られているタンパク質であり、当該技術分野では、MeCP2、MBD1、MBD2(Methyl-CpG binding domain protein 2)、MBD3、MBD4などが知られている。   The methylated DNA-binding protein used here is a protein known to specifically recognize and bind to methylated cytosine of the CpG sequence. In this technical field, MeCP2, MBD1, MBD2 (Methyl- CpG binding domain protein 2), MBD3, MBD4 and the like are known.

メチル化DNA結合タンパク質の蛍光標識は、市販の任意の蛍光物質を用いて行うことができ、蛍光物質としては、TAMRAなどを使用することができる。簡便には、株式会社プロテイン・エクスプレスより入手可能なTAMRA標識MBD2を使用することができる。あるいは、タンパク質ピンポイント蛍光標識キット(Olympus)を用いてTAMRA標識MBD2を調製してもよい。   Fluorescent labeling of methylated DNA binding protein can be performed using any commercially available fluorescent substance, and TAMRA or the like can be used as the fluorescent substance. For convenience, TAMRA-labeled MBD2 available from Protein Express Co., Ltd. can be used. Alternatively, TAMRA-labeled MBD2 may be prepared using a protein pinpoint fluorescent labeling kit (Olympus).

反応は、適切な緩衝液中で、たとえば、15〜22℃(室温)で20分間静置することにより行うことができる。後述の実施例2で示されるとおり、5 nMの蛍光標識されたメチル化DNA結合タンパク質に対し、1〜50 ngの断片化ゲノムDNAを反応させることができる。なお、反応条件は、健常な個体(コントロール)と被検体のメチル化度を比較する場合、両者の間で同一の反応条件を採用することが好ましく、また、同一被検体のメチル化度の経時変化を検査する場合も、検査を通して同一の反応条件を採用することが好ましい。   The reaction can be performed by allowing to stand in an appropriate buffer, for example, at 15 to 22 ° C. (room temperature) for 20 minutes. As shown in Example 2 described below, 1 to 50 ng of fragmented genomic DNA can be reacted with 5 nM of fluorescently labeled methylated DNA binding protein. It should be noted that, when comparing the methylation degree of a healthy individual (control) and a subject, it is preferable to adopt the same reaction condition between the two, and the methylation degree of the same subject over time. When examining changes, it is preferable to adopt the same reaction conditions throughout the examination.

(3)測定工程
反応溶液中の蛍光分子の蛍光強度を一分子蛍光分析法により測定し、蛍光分子の並進拡散時間(Diffusion time)を求める。
(3) Measurement step The fluorescence intensity of the fluorescent molecule in the reaction solution is measured by single molecule fluorescence analysis to determine the translational diffusion time of the fluorescent molecule.

一分子蛍光分析法は、レーザ光照射により励起照射されるf(10-15)Lオーダーの微小な共焦点領域(計測領域)において、蛍光で標識した標的分子の媒質中におけるゆらぎ運動を測定し、自己相関関数を用いて解析することにより、分子の数、大きさ等の物理量を算出する公知の技術である(金城政孝、「蛍光相関分光法による1分子検出」、蛋白質核酸酵素、Vol.44 No.9 (1999) p.1431-1446参照)。一分子蛍光分析法では、小さい蛍光分子ほどゆらぎ運動の速さが速く、解析により得られる並進拡散時間は小さく、大きい蛍光分子ほどゆらぎ運動の速さが遅く、解析により得られる並進拡散時間は大きい。 Single molecule fluorescence analysis measures fluctuation motion in the medium of target molecules labeled with fluorescence in a small confocal region (measurement region) of f (10 -15 ) L order excited by laser light irradiation. This is a known technique for calculating physical quantities such as the number and size of molecules by analysis using an autocorrelation function (Masataka Kaneshiro, “Single molecule detection by fluorescence correlation spectroscopy”, Protein Nucleic Acid Enzyme, Vol. 44 No.9 (1999) p.1431-1446). In single-molecule fluorescence analysis, the smaller the fluorescent molecule, the faster the fluctuation movement speed, the smaller the translational diffusion time obtained by the analysis, the larger the fluorescent molecule, the slower the fluctuation movement speed, and the larger the translational diffusion time obtained by the analysis .

一分子蛍光分析法による測定は、市販の一分子蛍光分析システムにより行うことができる。後述の実施例のとおり、レーザー照射条件等の測定条件は、適宜設定することができる。たとえば、レーザー照射時間5〜15秒・照射回数5〜15回とすることができる。後述の実施例のとおり、複数回のレーザー照射による複数回の測定により、測定の信頼性を高めることができる。ただし、照射時間を長くしたとき(15秒)は照射回数を少なく設定し、レーザー照射時間をtotalで1分30秒程度にすることが好ましい。後述の実施例1および5に示されるとおり、ゲノムDNA全体(種々のサイズのDNA断片の混合物)のメチル化度の測定では、照射時間を短く設定(5秒)したほうがより安定なデータを取得することができ、特定DNA領域のメチル化度の測定では、照射時間を長く(15秒)したほうがより安定なデータを取得することができる。   The measurement by single molecule fluorescence analysis can be performed by a commercially available single molecule fluorescence analysis system. As in Examples described later, measurement conditions such as laser irradiation conditions can be set as appropriate. For example, the laser irradiation time can be 5 to 15 seconds and the number of irradiation times can be 5 to 15 times. As in the examples described later, the measurement reliability can be improved by performing the measurement a plurality of times by laser irradiation a plurality of times. However, when the irradiation time is lengthened (15 seconds), it is preferable to set the number of irradiations to be small and the laser irradiation time to be about 1 minute 30 seconds in total. As shown in Examples 1 and 5 described later, in the measurement of the degree of methylation of the entire genomic DNA (mixture of DNA fragments of various sizes), more stable data can be obtained by setting a shorter irradiation time (5 seconds). In the measurement of the degree of methylation of a specific DNA region, more stable data can be obtained by increasing the irradiation time (15 seconds).

(4)定量化工程
測定工程で得られた並進拡散時間のデータから、ゲノムDNAのメチル化率を決定する。
(4) Quantification process The methylation rate of genomic DNA is determined from the translational diffusion time data obtained in the measurement process.

ここで並進拡散時間からゲノムDNAのメチル化率を決定するために、予め、種々のメチル化度を有する基準DNAサンプルを用意し、それぞれについて並進拡散時間を求め、並進拡散時間とメチル化度の相関関係を決定しておく。好ましくは、定量化のために、メチル化度が既知のコントロールDNAを複数種類作製し、検量線を作成しておく。後述の実施例3では、0%メチル化コントロールDNA、50%メチル化コントロールDNA、100%メチル化コントロールDNAの3種類を調製し、検量線を作成しているが、これに限定されない。   Here, in order to determine the methylation rate of genomic DNA from the translational diffusion time, reference DNA samples having various methylation degrees are prepared in advance, the translational diffusion time is obtained for each, and the translational diffusion time and the methylation degree are determined. The correlation is determined beforehand. Preferably, for quantification, a plurality of types of control DNAs having a known methylation degree are prepared, and a calibration curve is prepared. In Example 3 to be described later, three types of calibration curves are prepared by preparing three types of 0% methylated control DNA, 50% methylated control DNA, and 100% methylated control DNA, but the invention is not limited to this.

サンプルDNAの並進拡散時間を以下の式に適用して、サンプルDNAのメチル化率(%)を求めることができる:
式:サンプルDNAのメチル化率(%)={(サンプルDNAの並進拡散時間-0%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間)/(100%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間-0%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間)}×100。
The translational diffusion time of the sample DNA can be applied to the following equation to determine the percent methylation of the sample DNA:
Formula: methylation rate of sample DNA (%) = {(translational diffusion time of sample DNA-0% translational diffusion time of methylated control DNA) / (translational diffusion time of 100% methylated control DNA-0% methylation control DNA translational diffusion time)} × 100.

2.特定DNA領域のメチル化度の決定方法
背景技術の欄に記載したとおり、がん細胞では、ゲノムDNA全体の低メチル化に加えて、癌抑制遺伝子のプロモーター領域のCpGアイランドの高メチル化がみられ、この高メチル化は、癌抑制遺伝子を不活化して発癌に関与する。したがって、ゲノムDNA全体のメチル化度の決定に加えて、疾患と関連してメチル化されることが知られている特定DNA領域のメチル化度を決定することも重要である。したがって、本発明は、「疾患と関連してメチル化されることが知られている特定DNA領域のメチル化度を一分子蛍光分析法により決定する方法」を提供する。
2. Method for Determining Degree of Methylation of Specific DNA Region As described in the Background Art section, in addition to hypomethylation of the entire genomic DNA, cancer cells show high methylation of CpG islands in the promoter region of tumor suppressor genes. This hypermethylation is involved in carcinogenesis by inactivating the tumor suppressor gene. Therefore, in addition to determining the degree of methylation of the entire genomic DNA, it is also important to determine the degree of methylation of specific DNA regions that are known to be methylated in connection with disease. Therefore, the present invention provides a “method for determining the degree of methylation of a specific DNA region known to be methylated in connection with a disease by single molecule fluorescence analysis”.

すなわち、本発明の「一分子蛍光分析法による特定DNA領域のメチル化度の決定方法」は、
(1)被検体から採取されたゲノムDNAにバイサルファイト変換を行い、非メチル化シトシンをウラシルに変換し、メチル化シトシンを未変換のまま維持する工程と、
(2)疾患と関連してメチル化されることが知られている特定DNA領域を増幅し、増幅産物を得る工程と、
(3)増幅産物のCpG配列にメチル化処理を行う工程と、
(4)メチル化処理後のDNAと、蛍光標識したメチル化DNA結合タンパク質とを反応させる工程と、
(5)反応溶液中の蛍光分子の蛍光強度を一分子蛍光分析法により測定し、蛍光分子の並進拡散時間を求める工程と、
(6)得られた並進拡散時間から、特定DNA領域のメチル化度を決定する工程
を含む。
That is, the “method for determining the degree of methylation of a specific DNA region by single molecule fluorescence analysis” of the present invention is:
(1) performing bisulfite conversion on genomic DNA collected from a subject, converting unmethylated cytosine to uracil, and maintaining methylated cytosine unconverted;
(2) amplifying a specific DNA region known to be methylated in association with a disease to obtain an amplification product;
(3) a step of methylating the CpG sequence of the amplification product;
(4) a step of reacting DNA after methylation treatment with fluorescently labeled methylated DNA binding protein;
(5) measuring the fluorescence intensity of the fluorescent molecules in the reaction solution by single molecule fluorescence analysis, and determining the translational diffusion time of the fluorescent molecules;
(6) A step of determining a methylation degree of a specific DNA region from the obtained translational diffusion time is included.

上記方法の一例を模式的に図9に示す(後述の実施例5参照)。図9を参照しながら以下説明する。図9において、ゲノムDNA(gDNA)のメチル化部位を黒丸で示し、非メチル化部位を白丸で示す。(1)ゲノムDNAにバイサルファイト変換を行う(Bisulfite modification)。バイサルファイト変換により、非メチル化シトシンのみがウラシルに変換され、メチル化シトシンは未変換のまま維持される。なお、ウラシルは、シークエンシングにおいてチミンと読まれるため、図9ではウラシルを“T”で示す。(2)ヒトp16/INK4a遺伝子のプロモーター領域 (300bp) をPCRにより増幅する。ヒトp16/INK4a遺伝子のプロモーター領域のCpG部位は、腫瘍細胞において高メチル化状態にあることが知られている。図9に示すとおり、PCRによりCpG部位のメチル化修飾は脱落するため、増幅産物のCpG部位はメチル化されていない。(3)PCR増幅産物に、CpG配列を特異的にメチル化する酵素M.SssIによる処理をして、PCR増幅産物のCpG配列をメチル化する。(4)メチル化処理後のDNAを、蛍光標識したメチル化DNA結合タンパク質(TAMRA−MBD2)と反応させる。ここでメチル化DNA結合タンパク質(蛍光分子)は、DNAのメチル化部位に特異的に結合する。(5)反応溶液中の蛍光分子の蛍光強度を一分子蛍光分析法(Single-molecule detection system)により測定し、蛍光分子の並進拡散時間を求める。ここでメチル化DNA結合タンパク質(蛍光分子)がDNAのメチル化部位に結合すると、蛍光分子の分子量は増大し、蛍光分子の並進拡散時間は増大する。(6)得られた並進拡散時間に基づいて、DNAのメチル化率を求める。   An example of the above method is schematically shown in FIG. 9 (see Example 5 described later). This will be described below with reference to FIG. In FIG. 9, methylated sites of genomic DNA (gDNA) are indicated by black circles, and unmethylated sites are indicated by white circles. (1) Bisulfite conversion is performed on genomic DNA (Bisulfite modification). By bisulfite conversion, only unmethylated cytosine is converted to uracil, and methylated cytosine remains unconverted. Since uracil is read as thymine in sequencing, uracil is indicated by “T” in FIG. (2) Amplify the promoter region (300 bp) of the human p16 / INK4a gene by PCR. It is known that the CpG site in the promoter region of the human p16 / INK4a gene is hypermethylated in tumor cells. As shown in FIG. 9, since the methylation modification of the CpG site is lost by PCR, the CpG site of the amplification product is not methylated. (3) The PCR amplification product is treated with an enzyme M.SssI that specifically methylates the CpG sequence to methylate the CpG sequence of the PCR amplification product. (4) The methylated DNA is reacted with a fluorescently labeled methylated DNA binding protein (TAMRA-MBD2). Here, the methylated DNA binding protein (fluorescent molecule) specifically binds to the methylation site of DNA. (5) The fluorescence intensity of the fluorescent molecules in the reaction solution is measured by a single-molecule detection system, and the translational diffusion time of the fluorescent molecules is determined. Here, when a methylated DNA binding protein (fluorescent molecule) binds to a methylated site of DNA, the molecular weight of the fluorescent molecule increases and the translational diffusion time of the fluorescent molecule increases. (6) The DNA methylation rate is determined based on the obtained translational diffusion time.

以下、上記(1)〜(6)の各工程について説明する。   Hereinafter, each process of said (1)-(6) is demonstrated.

(1)のバイサルファイト変換は、市販のキット、たとえばEpiTect Bisulfite Kit (Qiagen)を用いて公知の方法に従って行うことができる。   The bisulfite conversion of (1) can be performed according to a known method using a commercially available kit such as EpiTect Bisulfite Kit (Qiagen).

(2)の工程において「疾患と関連してメチル化されることが知られている特定DNA領域」は、たとえば、癌と関連して特異的に高メチル化状態になるDNA領域(CpGアイランド)であり、より具体的には、
a)癌抑制遺伝子のプロモーター領域(たとえばp16、p15、p53、CDH1、MLH1、RB、BRCA1、TSLC1、RUNX3遺伝子のプロモーター領域);
b)細胞周期チェックポイント遺伝子;
c)アポトーシス関連遺伝子
などが挙げられる。
In the step (2), “a specific DNA region known to be methylated in association with a disease” is, for example, a DNA region (CpG island) that is specifically hypermethylated in association with cancer. And more specifically,
a) Tumor suppressor gene promoter region (for example, p16, p15, p53, CDH1, MLH1, RB, BRCA1, TSLC1, RUNX3 gene promoter region);
b) a cell cycle checkpoint gene;
c) Apoptosis-related genes and the like.

公知のプライマーまたは適宜設計したプライマーを使用して、PCR反応により上述の特定DNA領域を増幅することができる。この工程において、増幅される鋳型DNAのCpG部位はメチル化されているが、増幅により得られる産物のCpG部位はメチル化されていない。   The above-mentioned specific DNA region can be amplified by a PCR reaction using a known primer or an appropriately designed primer. In this step, the CpG site of the template DNA to be amplified is methylated, but the CpG site of the product obtained by amplification is not methylated.

(3)のメチル化処理は、CpG配列をメチル化する酵素であるCpGメチルトランスフェラーゼ、たとえばM.SssIにより行うことができる。メチル化処理は、たとえば、0.2U/μlの濃度のCpGメチルトランスフェラーゼを用いて、30℃で1〜4時間反応させることにより行うことができる。(1)の工程で、非メチル化シトシンはウラシルに変換され、メチル化シトシンは未変換のまま維持されているため、この工程でメチル化される部位は、元のゲノムDNAのメチル化部位と同じである。   The methylation treatment in (3) can be performed with CpG methyltransferase, for example, M.SssI, which is an enzyme that methylates a CpG sequence. The methylation treatment can be performed, for example, by reacting at a temperature of 30 ° C. for 1 to 4 hours using CpG methyltransferase at a concentration of 0.2 U / μl. In the step (1), unmethylated cytosine is converted to uracil, and methylated cytosine is maintained unconverted. Therefore, the site methylated in this step is the methylated site of the original genomic DNA. The same.

(4)の反応工程、(5)の測定工程および(6)の定量化工程は、それぞれ、上述の「ゲノムDNA全体のメチル化度の決定方法」の工程(2)〜(4)の記載を参照することができる。   The reaction step of (4), the measurement step of (5), and the quantification step of (6) are described in steps (2) to (4) of the above-mentioned “method for determining the degree of methylation of the entire genomic DNA”, respectively. Can be referred to.

3.疾患の検査方法
背景技術の欄に記載したとおり、ゲノムDNA全体の低メチル化は、染色体を不安定な状態にして発癌に関与し、CpGアイランドの高メチル化は、癌抑制遺伝子を不活化して発癌に関与することが知られている。
3. As described in the Background Art section, hypomethylation of the entire genomic DNA is involved in carcinogenesis by making the chromosome unstable, and hypermethylation of CpG islands inactivates tumor suppressor genes. It is known to be involved in carcinogenesis.

したがって、本発明の方法に従ってDNA(ゲノムDNA全体または上述の特定DNA領域)のメチル化率を求め、このメチル化率に基づいて、被検体のDNAメチル化異常関連疾患にかかりやすいか否か(リスク)を調べることができる。すなわち、本発明の方法によれば、被検体のDNAメチル化異常関連疾患に関するデータを取得することができる。   Therefore, according to the method of the present invention, the methylation rate of DNA (entire genomic DNA or the above-mentioned specific DNA region) is determined, and whether or not the subject is susceptible to a DNA methylation abnormality-related disease based on this methylation rate ( Risk). That is, according to the method of the present invention, data relating to a DNA methylation abnormality-related disease in a subject can be obtained.

すなわち、本発明の「DNAメチル化異常関連疾患のかかりやすさの検査方法」は、
本発明の「ゲノムDNA全体のメチル化度の決定方法」に従って被検体のゲノムDNA全体のメチル化度を決定する工程と、
決定された被検体のゲノムDNA全体のメチル化度を、健常な個体のメチル化度と比較する工程
を含み、ここで、決定された被検体のゲノムDNA全体のメチル化度が、健常な個体のメチル化度と比べて有意に低い場合に被検体はDNAメチル化異常関連疾患にかかりやすい。
That is, the “method for testing the susceptibility of a DNA methylation abnormality-related disease” according to the present invention includes:
Determining the degree of methylation of the entire genomic DNA of the subject according to the “method for determining the degree of methylation of the whole genomic DNA” of the present invention;
Comparing the determined degree of methylation of the entire genomic DNA of the subject with the degree of methylation of the healthy individual, wherein the determined degree of methylation of the entire genomic DNA of the subject is a healthy individual. When the degree of methylation is significantly lower than that of the subject, the subject is likely to suffer from a DNA methylation abnormality related disease.

また、本発明の「DNAメチル化異常関連疾患のかかりやすさの検査方法」は、
本発明の「特定DNA領域のメチル化度の決定方法」に従って被検体の特定DNA領域のメチル化度を決定する工程と、
決定された被検体の特定DNA領域のメチル化度を、健常な個体のメチル化度と比較する工程
を含み、ここで、決定された被検体の特定DNA領域のメチル化度が、健常な個体のメチル化度と比べて有意に高い場合に被検体はDNAメチル化異常関連疾患にかかりやすい。
In addition, the “method for testing the susceptibility to diseases associated with abnormal DNA methylation” of the present invention includes:
Determining the methylation degree of the specific DNA region of the subject according to the “method for determining the methylation degree of the specific DNA region” of the present invention;
Comparing the determined degree of methylation of the specific DNA region of the subject with the degree of methylation of the healthy individual, wherein the determined degree of methylation of the specific DNA region of the subject is a healthy individual If the degree of methylation is significantly higher than that of the subject, the subject is prone to DNA methylation abnormality-related diseases.

更に、本発明の「DNAメチル化異常関連疾患のかかりやすさの検査方法」は、
本発明の「ゲノムDNA全体のメチル化度の決定方法」に従って被検体のゲノムDNA全体のメチル化度を決定する工程と、
本発明の「特定DNA領域のメチル化度の決定方法」に従って被検体の特定DNA領域のメチル化度を決定する工程と、
決定されたゲノムDNA全体のメチル化度を、健常な個体のメチル化度と比較し、決定された特定DNA領域のメチル化度を、健常な個体のメチル化度と比較する工程
を含み、ここで、決定されたゲノムDNA全体のメチル化度が、健常な個体のメチル化度と比べて有意に低く、かつ決定された特定DNA領域のメチル化度が、健常な個体のメチル化度と比べて有意に高い場合に、被検体はDNAメチル化異常関連疾患にかかりやすい。
Furthermore, the “method for testing the susceptibility to diseases associated with abnormal DNA methylation” of the present invention includes:
Determining the degree of methylation of the entire genomic DNA of the subject according to the “method for determining the degree of methylation of the whole genomic DNA” of the present invention;
Determining the methylation degree of the specific DNA region of the subject according to the “method for determining the methylation degree of the specific DNA region” of the present invention;
Comparing the determined degree of methylation of the entire genomic DNA with the degree of methylation of a healthy individual, and comparing the degree of methylation of the determined specific DNA region with the degree of methylation of a healthy individual, Thus, the determined methylation degree of the entire genomic DNA is significantly lower than that of a healthy individual, and the determined methylation degree of a specific DNA region is compared with that of a healthy individual. If the subject is significantly higher, the subject is likely to have a DNA methylation abnormality-related disease.

「DNAメチル化異常関連疾患」とは、DNAのメチル化異常との関連が知られている任意の疾患を意味し、ゲノムDNAの低メチル化との関連が知られている任意の疾患およびCpGアイランドの高メチル化との関連が知られている任意の疾患を含む。   “DNA methylation abnormality-related disease” means any disease known to be associated with DNA methylation abnormality, and any disease and CpG known to be associated with hypomethylation of genomic DNA. Includes any disease known to be associated with island hypermethylation.

DNAメチル化異常関連疾患は、とりわけ癌(癌腫および肉腫の両方を含む)であり、たとえば乳癌、胃癌、大腸癌、前立腺癌、膀胱癌、神経膠腫、白血病、リンパ腫、骨髄腫、骨髄異形成症候群、口腔癌などが挙げられる。   Disorders associated with abnormal DNA methylation are cancers (including both carcinomas and sarcomas), such as breast cancer, stomach cancer, colon cancer, prostate cancer, bladder cancer, glioma, leukemia, lymphoma, myeloma, myelodysplasia. Syndrome, oral cancer and the like.

当該技術分野において、DNAのメチル化異常と癌との関係が数多く報告されており、たとえば、ゲノムDNAの低メチル化とリンパ腫を含む種々の癌との関係、p15遺伝子のプロモーター領域の高メチル化と白血病との関係、およびp16遺伝子のプロモーター領域の高メチル化と乳癌、胃癌、大腸癌、前立腺癌、膀胱癌、神経膠腫、リンパ腫との関係、癌抑制的に機能するmicroRNA(non-coding RNA)(miR-124、miR-203、miR-34b)のプロモーター領域のメチル化異常などが知られている。   In this technical field, many relations between DNA methylation abnormality and cancer have been reported. For example, hypomethylation of genomic DNA and various cancers including lymphoma, hypermethylation of promoter region of p15 gene And the relationship between leukemia and hypermethylation of the promoter region of p16 gene and breast cancer, stomach cancer, colon cancer, prostate cancer, bladder cancer, glioma, lymphoma, tumor suppressor microRNA (non-coding RNA) (miR-124, miR-203, miR-34b) promoter region methylation abnormalities are known.

本発明の検査方法では、検査したい癌に応じてサンプルを選択してもよく、たとえば、白血病の検査の場合、末梢血をサンプルとすることができ、固形癌の検査の場合、末梢血、あるいは患部組織やその周辺組織をサンプルとすることができ、膀胱癌の検査の場合、尿をサンプルとすることができ、骨髄異形性症候群や骨髄腫の検査の場合、骨髄をサンプルとすることができる。   In the examination method of the present invention, a sample may be selected according to the cancer to be examined. For example, in the case of leukemia examination, peripheral blood can be used as a sample, in the case of solid cancer examination, peripheral blood, or The affected tissue and surrounding tissues can be used as samples, urine can be used as a sample for bladder cancer, and bone marrow can be used as a sample for myelodysplastic syndrome and myeloma .

また、後述の実施例6では、ゲノムDNAの低メチル化と急性白血病との関係が示されている。したがって、本発明の方法に従ってDNAのメチル化度を決定することにより、癌のかかりやすさを検査することができる。   In Example 6 described later, the relationship between genomic DNA hypomethylation and acute leukemia is shown. Therefore, by determining the degree of DNA methylation according to the method of the present invention, it is possible to examine the susceptibility to cancer.

DNAメチル化異常関連疾患にかかりやすいか否かを判断するための基準となる「健常な個体のメチル化度」は、複数人(たとえば30人程度またはそれ以上)の健常な個体のメチル化度を決定し、平均値を算出することにより決定することができる。健常な個体のメチル化度は、基準値として予め決定しておくことができる。   The “degree of methylation of healthy individuals” that serves as a criterion for determining whether or not a disease related to DNA methylation abnormality is likely to occur is the degree of methylation of healthy individuals of multiple individuals (for example, about 30 or more). Can be determined by calculating an average value. The methylation degree of a healthy individual can be determined in advance as a reference value.

本発明において、被検体と健常な個体との比較は、両者のメチル化度の差が有意であるか否かを、統計学的手法、たとえばt検定、ROC解析等により調べることにより行うことができる。   In the present invention, comparison between a subject and a healthy individual can be performed by examining whether or not the difference in methylation degree between the two is significant by a statistical method such as t-test or ROC analysis. it can.

このように、本発明の方法は発癌リスクの診断に有用である。   Thus, the method of the present invention is useful for diagnosis of cancer risk.

4.脱メチル化剤の応答性および効能の検査方法
4−1.第一の態様
被検体(ヒトを含む任意の生物)または被検体由来のサンプルに脱メチル化剤を投与し、投与前後のそれぞれにおいて、上述の「1.ゲノムDNA全体のメチル化度の決定方法」に従ってゲノムDNA全体のメチル化率を求め、メチル化率の変化に基づいて、被検体にとって脱メチル化剤の処方が有効であるか否か、すなわち被検体における脱メチル化剤の効能(効きやすさ)を調べることができる。
4). Method for testing responsiveness and efficacy of demethylating agent 4-1. First aspect: A demethylating agent is administered to a subject (any organism including human) or a sample derived from the subject, and before and after the administration, the above-described “1. Determination method of methylation degree of whole genomic DNA” The methylation rate of the entire genomic DNA is determined according to the above, and based on the change in the methylation rate, whether or not the demethylating agent prescription is effective for the subject, that is, the efficacy (effectiveness of the demethylating agent in the subject). Ease).

すなわち、本発明の「脱メチル化剤の効能の検査方法」は、
被検体または被検体サンプルに脱メチル化剤を投与する工程と、
投与前と投与後のそれぞれにおいて、本発明の「ゲノムDNA全体のメチル化度の決定方法」に従って被検体または被検体サンプルに由来するゲノムDNA全体のメチル化度を決定する工程と、
投与後の被検体のゲノムDNAのメチル化度が、投与前の被検体のゲノムDNAのメチル化度と比べて低い場合に、被検体にとって脱メチル化剤の処方が有効であると判断する工程
を含む。
That is, the “method for testing the efficacy of the demethylating agent” of the present invention is:
Administering a demethylating agent to a subject or subject sample;
Before and after administration, determining the degree of methylation of the whole genomic DNA derived from the subject or the subject sample according to the “method for determining the degree of methylation of the whole genomic DNA” of the present invention;
A step of determining that the premethylation agent prescription is effective for the subject when the degree of methylation of the genomic DNA of the subject after administration is lower than the degree of methylation of the genomic DNA of the subject before administration. including.

脱メチル化剤としては、治療に使用されている公知の脱メチル化剤、たとえば5−アザシチジンを、治療に使用されている用法・用量で使用することができる。   As the demethylating agent, a known demethylating agent used for treatment, such as 5-azacytidine, can be used in the dosage and administration used for treatment.

この検査では、被検体または被検体サンプルの何れかに脱メチル化剤を投与する。被検体に投与する場合には、公知の脱メチル化剤の投与様式に従って投与することができ、5−アザシチジン(商品名Vidaza、Pharmion社)の場合、皮下注射により投与することができる。脱メチル化剤の投与は、被検体に投与する場合、1回の投与により行ってもよいし、または所定の期間を空けて(たとえば1ヶ月おきに)複数回投与することにより行ってもよい。被検体サンプルとしては、被検体から採取した任意の細胞(たとえば患部細胞)や被検体から採取された細胞(たとえば患部細胞)を培養系に移した細胞(初代培養系)を使用することができる。被検体の細胞に投与する場合、脱メチル化剤の投与は、被検体の細胞を、たとえば3〜5日間、脱メチル化剤の存在下で培養するサイクルを1回〜複数回繰り返すことにより行うことができる。   In this test, a demethylating agent is administered to either the subject or the subject sample. When administered to a subject, it can be administered according to a known administration mode of a demethylating agent, and in the case of 5-azacytidine (trade name Vidaza, Pharmion), it can be administered by subcutaneous injection. When administered to a subject, the demethylating agent may be administered once, or may be administered multiple times after a predetermined period (for example, every other month). . As the subject sample, any cell (eg, affected cell) collected from the subject or a cell obtained by transferring a cell (eg, affected cell) collected from the subject to the culture system (primary culture system) can be used. . When administered to a subject cell, the demethylating agent is administered by repeating a cycle of culturing the subject cell in the presence of the demethylating agent, for example, for 3 to 5 days, once to several times. be able to.

この検査方法では、脱メチル化剤の投与前と投与後のそれぞれにおいて、ゲノムDNA全体のメチル化度を決定するが、投与後の所定期間にわたって複数回(被検体に投与した場合、たとえば1週間毎、および被検体サンプルに投与した場合、たとえば1日毎に)メチル化度を決定し、ゲノムDNA全体のメチル化度をモニタリングしてもよい。また、脱メチル化剤の投与を複数回行った場合には、それぞれの投与の前後でメチル化度を決定してもよいし、1回目の投与前と最終回の投与後のそれぞれについてメチル化度を決定してもよい。   In this test method, the degree of methylation of the entire genomic DNA is determined before and after the administration of the demethylating agent, but multiple times over a predetermined period after administration (for example, one week when administered to a subject) The degree of methylation may be determined every time and when administered to a subject sample (for example, every day), and the degree of methylation of the entire genomic DNA may be monitored. In addition, when the demethylating agent is administered multiple times, the methylation degree may be determined before and after each administration, or methylation is performed for each before the first administration and after the last administration. The degree may be determined.

投与前と投与後との比較は、両者のメチル化度の差が有意であるか否かを、統計学的手法、たとえばt検定、ANOVA等により調べることにより行うことができる。   Comparison between before administration and after administration can be performed by examining whether or not the difference in the degree of methylation between the two is significant by a statistical method such as t-test or ANOVA.

実際にゲノムDNA全体の低メチル化が起こっているヒト被検体サンプルに脱メチル化剤を投与してみたところ、脱メチル化剤の処方が有効な被検体で、ゲノムDNA全体の更なる低メチル化が観察されることが確認されている。この結果は、被検体が、ゲノムDNA全体としては低メチル化状態にあるが、特定DNA領域は高メチル化状態にあるため、特定DNA領域の高メチル化部分が脱メチル化されたことに起因すると考えられる。   When a demethylating agent was administered to a human subject sample that actually had hypomethylation of the entire genomic DNA, it was found that the demethylating agent prescription was effective, and the further genomic DNA It has been confirmed that crystallization is observed. This result is due to the fact that the sample is hypomethylated as a whole of the genomic DNA, but the specific DNA region is hypermethylated, so that the hypermethylated portion of the specific DNA region is demethylated. I think that.

この検査方法により、患者ごとに脱メチル化剤の効能(効きやすさ)を検査することができ、患者に脱メチル化剤に対する薬剤耐性が起きた場合にも早急に違う処方に切り替えるという判断をすることができる。   With this test method, it is possible to test the efficacy (ease of efficacy) of the demethylating agent for each patient, and even if the patient develops drug resistance to the demethylating agent, the decision is made to quickly switch to a different prescription. can do.

4−2.第二の態様
別の態様において、上述の「2.特定DNA領域のメチル化度の決定方法」に従って特定DNA領域のメチル化率を求め、このメチル化率に基づいて、被検体にとって脱メチル化剤の処方が有効であるか否か、すなわち被検体における脱メチル化剤の応答性を調べることができる。
4-2. Second aspect In another aspect, the methylation rate of the specific DNA region is determined according to the above-mentioned "2. Determination method of the degree of methylation of the specific DNA region", and demethylation is performed for the subject based on the methylation rate. Whether the prescription of the agent is effective, that is, the responsiveness of the demethylating agent in the subject can be examined.

すなわち、本発明の「脱メチル化剤の応答性の検査方法」は、
本発明の「特定DNA領域のメチル化度の決定方法」に従って被検体の特定DNA領域のメチル化度を決定する工程と、
決定された被検体の特定DNA領域のメチル化度が、健常な個体の特定DNA領域のメチル化度と比べて高い場合に、被検体にとって脱メチル化剤の処方が有効であると判断する工程
を含む。
That is, the “method for examining the responsiveness of the demethylating agent” of the present invention is as follows.
Determining the methylation degree of the specific DNA region of the subject according to the “method for determining the methylation degree of the specific DNA region” of the present invention;
A step of determining that the demethylating agent prescription is effective for the subject when the determined degree of methylation of the specific DNA region of the subject is higher than the degree of methylation of the particular DNA region of a healthy individual including.

被検体と健常な個体との比較は、両者のメチル化度の差が有意であるか否かを、統計学的手法、たとえばt検定、ROC解析等により調べることにより行うことができる。「健常な個体のメチル化度」は上述のとおりである。   Comparison between the subject and a healthy individual can be performed by examining whether or not the difference in the degree of methylation between the two is significant by a statistical method such as t-test or ROC analysis. The “methylation degree of healthy individuals” is as described above.

この検査方法により、特定DNA領域に高メチル化が起こっていない患者に脱メチル化剤を処方しないように事前に検査することができる。   By this test method, it is possible to test in advance so as not to prescribe a demethylating agent to a patient whose hypermethylation has not occurred in a specific DNA region.

4−3.第三の態様
また、更に別の態様において、被検体(ヒトを含む任意の生物)または被検体由来のサンプルに脱メチル化剤を投与し、投与前後のそれぞれにおいて、上述の「2.特定DNA領域のメチル化度の決定方法」に従って特定DNA領域のメチル化率を求め、メチル化率の変化に基づいて、被検体にとって脱メチル化剤の処方が有効であるか否か、すなわち被検体における脱メチル化剤の効能(効きやすさ)を調べることができる。
4-3. Third aspect In yet another aspect, a demethylating agent is administered to a subject (any organism including a human) or a sample derived from the subject, and before and after the administration, The methylation rate of a specific DNA region is determined according to the method for determining the degree of methylation of a region. Based on the change in the methylation rate, whether or not the demethylating agent prescription is effective for the subject, that is, in the subject The efficacy (ease of effectiveness) of the demethylating agent can be investigated.

すなわち、本発明の「脱メチル化剤の効能の検査方法」は、
被検体または被検体サンプルに脱メチル化剤を投与する工程と、
投与前と投与後のそれぞれにおいて、本発明の「特定DNA領域のメチル化度の決定方法」に従って被検体または被検体サンプルに由来する特定DNA領域のメチル化度を決定する工程と、
投与後の被検体の特定DNA領域のメチル化度が、投与前の被検体の特定DNA領域のメチル化度と比べて低い場合に、被検体にとって脱メチル化剤の処方が有効であると判断する工程
を含む。
That is, the “method for testing the efficacy of the demethylating agent” of the present invention is:
Administering a demethylating agent to a subject or subject sample;
Before and after the administration, determining the methylation degree of the specific DNA region derived from the subject or the subject sample according to the “method for determining the methylation degree of the specific DNA region” of the present invention;
When the methylation degree of the specific DNA region of the subject after administration is lower than the methylation degree of the specific DNA region of the subject before administration, it is judged that the premethylation agent prescription is effective for the subject. The process of carrying out is included.

この態様は、上述の第一の態様の「ゲノムDNA全体のメチル化度の決定」を「特定DNA領域のメチル化度の決定」に置き換えることにより行うことができる。   This aspect can be performed by replacing the “determination of the degree of methylation of the entire genomic DNA” in the first aspect with “determination of the degree of methylation of a specific DNA region”.

5.本発明の効果
代表的な従来法である「バイサルファイトシークエンシング」がゲノムDNA全体の解析には不向きであり、「DNAメチル化アレイ」がゲノムDNA全体の定量的な解析に不向きであるのに対し、本発明の方法は、ゲノムDNA全体のメチル化度を定量的に決定することができる点で優れている。
5. Advantages of the present invention Although “bisulfite sequencing”, which is a typical conventional method, is not suitable for the analysis of whole genomic DNA, “DNA methylation array” is not suitable for quantitative analysis of the whole genomic DNA. In contrast, the method of the present invention is superior in that the degree of methylation of the entire genomic DNA can be quantitatively determined.

しかも、本発明の方法は、短時間での測定が可能な簡便な方法であり、たとえば、DNAの採取、抽出に約30分、DNAの断片化処理に約12時間、蛍光分子との反応、測定に約30分を要し、従来法に比べて短時間での測定が可能である。   In addition, the method of the present invention is a simple method that can be measured in a short time, for example, about 30 minutes for DNA collection and extraction, about 12 hours for DNA fragmentation, reaction with fluorescent molecules, The measurement takes about 30 minutes and can be measured in a shorter time than the conventional method.

また、本発明の方法は、従来法に比べて少量の試料(たとえば、出発材料として500 ngゲノムDNA)での測定が可能である。   In addition, the method of the present invention can be measured with a smaller amount of sample (for example, 500 ng genomic DNA as a starting material) than the conventional method.

また、本発明の方法は、従来法に比べて測定コストが安価である。具体的には、必要試薬のTAMRA-MBD2(20万円分)は、300サンプルの測定が可能であるため、1サンプルあたり600円程度ですむ。   Further, the method of the present invention is cheaper in measurement cost than the conventional method. Specifically, the required reagent TAMRA-MBD2 (200,000 yen) can measure 300 samples, so it costs about 600 yen per sample.

更に、従来法の「メチル化アレイ」が前処理にバイサルファイト変換を利用するのに対し、本発明の方法は、バイサルファイト変換を利用しないでゲノムDNA全体のメチル化度を決定することができるため、生体DNAのメチル化状態を反映したゲノム網羅的な解析結果を取得することができる点で優れている(後述の実施例4参照)。   Furthermore, whereas the conventional “methylation array” uses bisulfite conversion for pretreatment, the method of the present invention can determine the degree of methylation of the entire genomic DNA without using bisulfite conversion. Therefore, it is excellent in that a genome-wide analysis result reflecting the methylation state of biological DNA can be obtained (see Example 4 described later).

特定DNA領域のメチル化度の決定に関しても、本発明の方法は、従来法の「バイサルファイトシークエンシング」より簡便な手法で、従来法に匹敵する精度でメチル化度を決定することができる点で優れている(後述の実施例5参照)。   Regarding the determination of the degree of methylation of a specific DNA region, the method of the present invention can determine the degree of methylation with an accuracy comparable to that of the conventional method by a simpler method than the conventional method “bisulfite sequencing”. (See Example 5 described later).

実施例1:断片化処理に関する実験
1.ゲノムDNAの抽出
培養株細胞(1x107 cell)を350μlの培養液で懸濁したサンプルから、全自動ゲノム抽出ロボット(Magtration System 6GC: Precision System Science)を用いてゲノム抽出を行った。
Example 1: Experiment on fragmentation treatment Extraction of genomic DNA Genomic extraction was performed from a sample obtained by suspending a cultured cell (1 × 10 7 cell) in 350 μl of a culture solution using a fully automatic genome extraction robot (Magtration System 6GC: Precision System Science).

2.ゲノムDNAの前処理(ゲノムDNAの断片化)
下記表1に示したように、抽出したゲノムDNA (500ng) にTTAA配列を特異的に認識して切断する酵素MseI (NEB社)(2.5 U/μl)およびBSA(ウシ血清アルブミン、100μg/ml)を添加し、37℃で一晩処理した。

Figure 0005492696
2. Pretreatment of genomic DNA (fragmentation of genomic DNA)
As shown in Table 1 below, enzymes MseI (NEB) (2.5 U / μl) and BSA (bovine serum albumin, 100 μg / ml) that specifically recognize and cleave the TTAA sequence in the extracted genomic DNA (500 ng) ) Was added and treated overnight at 37 ° C.
Figure 0005492696

酵素処理後のゲノムDNAの一部をアガロースゲルにて泳動した。その結果を図2に示す。図2aは、無処理のゲノムDNAの実験結果を示し、レーン1は、無処理のゲノムDNA、レーン2は、マーカーDNAを示す。図2bは、MseI酵素処理後のゲノムDNAの実験結果を示し、レーン1は、MseI酵素処理後のゲノムDNA、レーン2は、マーカーDNAを示す。図2より、ゲノムDNAが、200-1000bpに断片化されていることが確認された。   A part of the genomic DNA after the enzyme treatment was run on an agarose gel. The result is shown in FIG. FIG. 2a shows the experimental results of untreated genomic DNA, lane 1 shows untreated genomic DNA, and lane 2 shows marker DNA. FIG. 2b shows the experimental results of genomic DNA after MseI enzyme treatment, lane 1 shows genomic DNA after MseI enzyme treatment, and lane 2 shows marker DNA. From FIG. 2, it was confirmed that the genomic DNA was fragmented at 200-1000 bp.

酵素処理後のゲノムDNAを、精製カラム (QIAquick PCR Purification Kit: QIAGEN) を用いて精製した。   The genomic DNA after the enzyme treatment was purified using a purification column (QIAquick PCR Purification Kit: QIAGEN).

3.前処理後のゲノムDNAと蛍光標識MBD2との反応
下記表2に示したように、5x結合バッファー (50mM Tris-HCl, 70mM KCl, 1mM EDTA, 0.007% 2-ME, 0.2mg/ml BSA, 4% Glycerol) 中で、断片化ゲノムDNA (1ng-50ng) と蛍光(TAMRA)標識MBD2 (5nM) を混合し、室温で20分間静置して反応させた。

Figure 0005492696
3. Reaction of genomic DNA after pretreatment with fluorescently labeled MBD2 As shown in Table 2 below, 5x binding buffer (50 mM Tris-HCl, 70 mM KCl, 1 mM EDTA, 0.007% 2-ME, 0.2 mg / ml BSA, 4 % Glycerol), fragmented genomic DNA (1ng-50ng) and fluorescent (TAMRA) -labeled MBD2 (5nM) were mixed and allowed to react at room temperature for 20 minutes.
Figure 0005492696

4.FCS測定
反応液を、波長543nm、出力100μWのレーザー光を照射時間15秒・照射回数5回もしくは照射時間5秒・照射回数15回の条件で一分子蛍光分析システムMF20(オリンパス(株)製)によりFCS(Fluorescence correlation spectroscopy)測定して並進拡散時間を求めた。
4). FCS measurement Reaction solution, laser light of wavelength 543nm, output 100μW, single-molecule fluorescence analysis system MF20 (Olympus Co., Ltd.) under the conditions of irradiation time 15 seconds and irradiation frequency 5 times or irradiation time 5 seconds and irradiation frequency 15 times The translational diffusion time was determined by FCS (Fluorescence correlation spectroscopy) measurement.

5.結果
ゲノムDNAを前処理(断片化)したものと無処理のもので同様の実験を行い、その並進拡散時間(Diff. Time)およびカイ二乗係数(Chi2)の値を求め、これらを表3および表4に示す。蛍光標識MBD2と反応させるゲノムDNAの量は、1ng、10ng、または20ngとした。

Figure 0005492696
5. Results Similar experiments were performed with genomic DNA pretreated (fragmented) and untreated, and the values of translational diffusion time (Diff. Time) and chi-square coefficient (Chi2) were determined. Table 4 shows. The amount of genomic DNA reacted with fluorescently labeled MBD2 was 1 ng, 10 ng, or 20 ng.
Figure 0005492696

Figure 0005492696
Figure 0005492696

MseI酵素によって断片化したゲノムDNAを用いると、レーザー照射5秒、15回の測定において、並進拡散時間は安定しており、カイ二乗係数も小さかった。また、DNAの濃度に依存して並進拡散時間の平均値が大きくなった。一方、無処理のゲノムDNAの並進拡散時間は15回の測定において大幅にばらつき、カイ二乗係数も異常値を示していた。そのため、DNAの濃度に依存した並進拡散時間の変化は見られなかった。このことから、MBD2に結合するDNAのサイズが大きすぎるとFCS測定の感度が悪くなり、DNAのサイズ調整が重要であることが分かる。DNAの断片化の手法として、本発明で用いられているMseI制限酵素による方法の他に超音波破砕機による断片化がある。しかし、使用する超音波破砕機によって超音波の出力調整が異なっていたり、破砕時間などの条件検討が必要であったりと、サンプル間における均一なDNAサイズの調整が困難である。従ってクルードなゲノムDNAとタンパクの結合をFCS測定に供する際の前処理には、ゲノムDNAをMseIで断片化するのが適している。   When genomic DNA fragmented with MseI enzyme was used, the translational diffusion time was stable and the chi-square coefficient was small in the measurement of 15 times with laser irradiation for 5 seconds. Moreover, the average value of the translational diffusion time increased depending on the concentration of DNA. On the other hand, the translational diffusion time of untreated genomic DNA varied greatly in 15 measurements, and the chi-square coefficient also showed an abnormal value. Therefore, there was no change in translational diffusion time depending on the DNA concentration. From this, it can be seen that if the size of the DNA binding to MBD2 is too large, the sensitivity of the FCS measurement deteriorates, and it is important to adjust the size of the DNA. As a method for fragmenting DNA, there is fragmentation by an ultrasonic crusher in addition to the method using MseI restriction enzyme used in the present invention. However, it is difficult to adjust the DNA size uniformly between samples because the output adjustment of the ultrasonic wave differs depending on the ultrasonic crusher to be used or the examination of conditions such as crushing time is necessary. Therefore, it is suitable to fragment genomic DNA with MseI for pretreatment when the binding of crude genomic DNA and protein is used for FCS measurement.

また、レーザー照射条件について、2通りの条件(照射時間15秒・照射回数5回もしくは照射時間5秒・照射回数15回)で検討したが、一般的なFCS測定で用いられる条件よりも照射時間を短くした方が、より良好な結果が得られることがわかった。   In addition, laser irradiation conditions were examined under two conditions (irradiation time 15 seconds / irradiation frequency 5 times or irradiation time 5 seconds / irradiation frequency 15 times), but the irradiation time was longer than the conditions used in general FCS measurement. It was found that better results can be obtained by shortening.

実施例2:非標識MBD2タンパクを用いた競合実験
1.実験方法
上述の実施例1の方法と同様にゲノムDNAを前処理(断片化)して精製後、下記表5に示したように、実施例1の反応系に非標識MBD2タンパクを高濃度(500nM)添加して、室温で20分間静置して反応させた。

Figure 0005492696
Example 2: Competition experiment using unlabeled MBD2 protein Experimental Method After the genomic DNA was pretreated (fragmented) and purified in the same manner as in Example 1, the unlabeled MBD2 protein was added to the reaction system of Example 1 at a high concentration (see Table 5 below). 500 nM) and allowed to react at room temperature for 20 minutes.
Figure 0005492696

反応液を、波長543nm、出力100μWのレーザー光を照射時間5秒・照射回数15回の条件で一分子蛍光分析システムMF20(オリンパス(株)製)によりFCS測定して並進拡散時間を求めた。   The reaction solution was subjected to FCS measurement with a single-molecule fluorescence analysis system MF20 (manufactured by Olympus Corporation) under the conditions of a laser beam with a wavelength of 543 nm and an output of 100 μW for an irradiation time of 5 seconds and a number of irradiations of 15 times to determine the translational diffusion time.

2.結果
図3は、非標識MBD2を用いたゲノムDNAと蛍光標識MBD2の結合阻害実験における並進拡散時間を示す。図3において、非標識MBD2を添加した場合を「WT-MBD2 +」で表し、非標識MBD2を添加しなかった場合を「WT-MBD2 −」で表す。高濃度の非標識MBD2を添加することにより、断片化ゲノムDNAと蛍光標識MBD2の結合が阻害され、並進拡散時間が短くなっている。すなわち、断片化ゲノムDNAと蛍光標識MBD2の結合は特異的であると言える。
2. Results FIG. 3 shows the translational diffusion time in a binding inhibition experiment between genomic DNA and fluorescently labeled MBD2 using unlabeled MBD2. In FIG. 3, the case where unlabeled MBD2 is added is represented by “WT-MBD2 +”, and the case where unlabeled MBD2 is not added is represented by “WT-MBD2 −”. By adding a high concentration of unlabeled MBD2, the binding between fragmented genomic DNA and fluorescently labeled MBD2 is inhibited, and the translational diffusion time is shortened. That is, it can be said that the binding between the fragmented genomic DNA and the fluorescently labeled MBD2 is specific.

また、図3は、断片化処理したゲノムDNA(gDNA)の濃度を1ngから50ng変化させて5nMの蛍光標識MBD2と反応させた生成物の並進拡散時間を示す。蛍光標識MBD2は、単独の場合(図3のgDNA 0ngの場合)に比べて、ゲノムDNAと反応させると並進拡散時間が長くなり、MBD2タンパクとゲノムDNAが結合していることが確認された。また、ゲノムDNAの濃度依存的に並進拡散時間が増大した。   FIG. 3 shows the translational diffusion time of the product reacted with 5 nM fluorescently labeled MBD2 by changing the fragmented genomic DNA (gDNA) concentration from 1 ng to 50 ng. Compared to the case of fluorescently labeled MBD2 alone (in the case of 0 ng of gDNA in FIG. 3), the translational diffusion time was increased when reacted with genomic DNA, confirming that MBD2 protein and genomic DNA were bound. Moreover, the translational diffusion time increased depending on the concentration of genomic DNA.

実施例3:メチル化度の決定のための検量線の作製
1.0%メチル化コントロールDNAの作製
ヒト由来のコントロールゲノムDNA (REPLI-Human Control Kit: QIAGEN) を10ng用いて、REPLI-g Mini Kit (QIAGEN)にて全ゲノム増幅反応(Whole Genome Amplification)を行った。
Example 3: Preparation of calibration curve for determination of methylation degree 1.0 Preparation of 0% methylated control DNA Using 10 ng of human-derived control genomic DNA (REPLI-Human Control Kit: QIAGEN), REPLI-g Mini Whole genome amplification reaction (Whole Genome Amplification) was performed using Kit (QIAGEN).

一次WGA産物(total vol. = 50μl)から0.5μlをとり、上記のWhole Genome Amplificationを再度行った(nested whole genome amplification)。   0.5 μl was taken from the primary WGA product (total vol. = 50 μl), and the above Whole Genome Amplification was performed again (nested whole genome amplification).

Bisulfite sequenceにてCpGサイトにおけるすべてのシトシンがメチル化されていないことを確認した(図4)。ゲノムDNAをPhi29 DNAポリメラーゼによって増幅させる際に、鋳型DNAにおけるシトシンのメチル化は引き継がれない。従って、WGA後のDNAメチル化率は0%となる。   It was confirmed by bisulfite sequence that all cytosines at the CpG site were not methylated (FIG. 4). When genomic DNA is amplified by Phi29 DNA polymerase, cytosine methylation in the template DNA is not inherited. Therefore, the DNA methylation rate after WGA is 0%.

図4は、0%メチル化コントロールDNAにおけるp15およびp16遺伝子プロモーター領域内CpGアイランドのバイサルファイトシークエンシングの結果を示す。丸印が一つのCpGサイトを示す。0%メチル化コントロールDNAではp15およびp16遺伝子プロモーター領域内のシーケンスで解析したCpGサイトはすべて脱メチル化(白丸)されていた。   FIG. 4 shows the results of bisulfite sequencing of CpG islands in the p15 and p16 gene promoter regions in 0% methylated control DNA. A circle indicates one CpG site. In the 0% methylated control DNA, all CpG sites analyzed by the sequence within the promoter region of the p15 and p16 genes were demethylated (open circles).

2.100%メチル化コントロールDNAの作製
下記表6に示したように、nested WGA産物 (500ng) をSssI酵素 (NEB) にて30℃で4時間反応させた。

Figure 0005492696
2. Preparation of 100% methylated control DNA As shown in Table 6 below, the nested WGA product (500 ng) was reacted with SssI enzyme (NEB) at 30 ° C. for 4 hours.
Figure 0005492696

精製カラム (QIAquick PCR Purification Kit: QIAGEN) にてタンパク除去を行った。   Protein was removed using a purification column (QIAquick PCR Purification Kit: QIAGEN).

Bisulfite sequenceにてCpGサイトにおけるすべてのシトシンがメチル化されていることを確認した(図5)。SssI酵素はCpGサイトにおけるシトシンを特異的に認識してメチル化する。従って、SssI酵素処理後のDNAメチル化率は100%となる。   It was confirmed by bisulfite sequence that all cytosines at the CpG site were methylated (FIG. 5). The SssI enzyme specifically recognizes and methylates cytosine at the CpG site. Therefore, the DNA methylation rate after the SssI enzyme treatment is 100%.

図5は、100%メチル化コントロールDNAにおけるp15およびp16遺伝子プロモーター領域内CpGアイランドのバイサルファイトシークエンシングの結果を示す。丸印が一つのCpGサイトを示す。100%メチル化コントロールDNAではp15およびp16遺伝子プロモーター領域内のシーケンスで解析したCpGサイトはすべてメチル化(黒丸)されていた。   FIG. 5 shows the results of bisulfite sequencing of CpG islands in the p15 and p16 gene promoter regions in 100% methylated control DNA. A circle indicates one CpG site. In the 100% methylated control DNA, all CpG sites analyzed by the sequence within the promoter region of the p15 and p16 genes were methylated (filled circles).

3.メチル化率が既知のサンプルによる検量線の作製
実施例1の方法での反応系と同様に、下記表7に示すように0%メチル化コントロールDNA、100%メチル化コントロールDNAおよび50%メチル化コントロールDNA(0%メチル化コントロールDNAと100%メチル化コントロールDNAを等量で混合したサンプル)のそれぞれを蛍光標識MBD2と室温で20分間静置して反応させた。

Figure 0005492696
3. Preparation of calibration curve using sample with known methylation rate As shown in Table 7 below, 0% methylated control DNA, 100% methylated control DNA and 50% methylated as in the reaction system in the method of Example 1 Each of the control DNAs (samples obtained by mixing equal amounts of 0% methylated control DNA and 100% methylated control DNA) was allowed to react with fluorescently labeled MBD2 at room temperature for 20 minutes.
Figure 0005492696

反応液を、波長543nm、出力100μWのレーザー光を照射時間5秒・照射回数15回の条件で一分子蛍光分析システムMF20(オリンパス(株)製)によりFCS測定して並進拡散時間を求めた。   The reaction solution was subjected to FCS measurement with a single-molecule fluorescence analysis system MF20 (manufactured by Olympus Corporation) under the conditions of a laser beam with a wavelength of 543 nm and an output of 100 μW for an irradiation time of 5 seconds and a number of irradiations of 15 times to determine the translational diffusion time.

4.結果
図6に、0%メチル化コントロールDNA、50%メチル化コントロールDNA、100%メチル化コントロールDNAにおけるそれぞれの並進拡散時間(Diff.Time)を示す。メチル化率が未知のゲノムDNAにおける並進拡散時間の値を以下の式に代入して、メチル化率を求めることができる。
4). Results FIG. 6 shows the translational diffusion times (Diff. Time) of 0% methylated control DNA, 50% methylated control DNA, and 100% methylated control DNA. The methylation rate can be obtained by substituting the value of translational diffusion time in genomic DNA whose methylation rate is unknown into the following equation.

式:サンプルDNAのメチル化率(%)={(サンプルDNAの並進拡散時間-0%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間)/(100%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間-0%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間)}×100。   Formula: methylation rate of sample DNA (%) = {(translational diffusion time of sample DNA-0% translational diffusion time of methylated control DNA) / (translational diffusion time of 100% methylated control DNA-0% methylation control DNA translational diffusion time)} × 100.

なお、上記式では、メチル化率を0〜100の範囲の値で表すが、以下の式2により0.00〜1.00の範囲の値で表してもよい。
式2:(サンプルDNAの並進拡散時間-0%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間)/(100%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間-0%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間)。
In the above formula, the methylation rate is represented by a value in the range of 0 to 100, but may be represented by a value in the range of 0.00 to 1.00 by the following formula 2.
Formula 2: (Translational diffusion time of sample DNA—0% translational diffusion time of methylated control DNA) / (Translational diffusion time of 100% methylated control DNA—Translational diffusion time of methylated control DNA)

実施例4:本発明によるFCS測定を用いたゲノムDNAのメチル化度決定法と従来法によるメチル化解析(メチル化アレイによる網羅的なゲノムDNAメチル化解析)との比較
1.FCS測定を用いた、脱メチル化剤処理した株細胞におけるゲノムワイドなDNAメチル化率の算出
1x106 cell/mlのU937株細胞を、脱メチル化剤(3μMの5−アザシチジンまたは5μMのデシタビン)の存在下または非存在下で72時間培養した。その後、細胞を回収しゲノムDNA(500ng)を実施例1と同様に抽出、MseI酵素での前処理(断片化)およびカラム精製を行った。
Example 4: Comparison of the method for determining the degree of methylation of genomic DNA using FCS measurement according to the present invention and the conventional method for methylation analysis (exhaustive genomic DNA methylation analysis using a methylation array) Calculation of genome-wide DNA methylation rate in cell lines treated with demethylating agent using FCS measurement
1 × 10 6 cells / ml of U937 strain cells were cultured for 72 hours in the presence or absence of a demethylating agent (3 μM 5-azacytidine or 5 μM decitabine). Thereafter, the cells were recovered, genomic DNA (500 ng) was extracted in the same manner as in Example 1, pretreated with MseI enzyme (fragmentation), and column purified.

実施例1(表2)と同様に断片化ゲノムDNA(10ng)と蛍光標識MBD2を混合して室温で20分間静置して反応させた。反応液を、波長543nm、出力100μWのレーザー光を照射時間5秒・照射回数15回の条件で一分子蛍光分析システムMF20(オリンパス(株)製)によりFCS測定して並進拡散時間を求めた。   In the same manner as in Example 1 (Table 2), fragmented genomic DNA (10 ng) and fluorescently labeled MBD2 were mixed and allowed to react at room temperature for 20 minutes. The reaction solution was subjected to FCS measurement with a single-molecule fluorescence analysis system MF20 (manufactured by Olympus Corporation) under the conditions of a laser beam with a wavelength of 543 nm and an output of 100 μW for an irradiation time of 5 seconds and a number of irradiations of 15 times to determine the translational diffusion time.

2.メチル化アレイを用いた、脱メチル化剤処理した株細胞におけるゲノムワイドなDNAメチル化模様の解析
1x106 cell/mlのU937株細胞を、脱メチル化剤(3μMの5−アザシチジンまたは5μMのデシタビン)の存在下または非存在下で72時間培養した。その後、細胞を回収しゲノムDNAを実施例1と同様に抽出した。
2. Analysis of genome-wide DNA methylation patterns in cell lines treated with demethylating agents using methylation arrays
1 × 10 6 cells / ml of U937 strain cells were cultured for 72 hours in the presence or absence of a demethylating agent (3 μM 5-azacytidine or 5 μM decitabine). Thereafter, the cells were collected, and genomic DNA was extracted in the same manner as in Example 1.

メチル化アレイ(HumanMethylation27 BeadChip, Illumina)によって網羅的(27,578のCpGサイト)に脱メチル化剤処理サンプルと無処理サンプルのDNAメチル化パターンを解析した。   The DNA methylation patterns of demethylated and untreated samples were analyzed comprehensively (27,578 CpG sites) using a methylation array (HumanMethylation27 BeadChip, Illumina).

3.結果
図7に、脱メチル化剤存在下および非存在下での培養条件におけるU937株細胞由来のゲノムDNAの拡散並進時間から算出したメチル化率を示す。図8には、同様の培養条件におけるU937株細胞由来のゲノムDNAのメチル化アレイ解析の結果(ヒートマップ)を示す。図7および8において、「U937_Mock」は、脱メチル化剤で処理しなかった細胞を示し、「U937_5AzaC」は、脱メチル化剤5−アザシチジン処理細胞を示し、「U937_DAC」は、脱メチル化剤デシタビン処理細胞を示す。FCS測定による結果から、U937株細胞のゲノムDNAは無処理では約85%のメチル化率に対して、5−アザシチジン(5AzaC)によって約15%、デシタビン(DAC)によって約5%のメチル化率となっており、脱メチル化剤の影響によってメチル化率が低下していることが確認できる。また、従来法であるメチル化アレイを用いた網羅的なゲノムメチル化解析でも同様に脱メチル化剤の影響によりメチル化パターンが変化(脱メチル化)しており、同様の結果が得られたことになる。
3. Results FIG. 7 shows the methylation rate calculated from the diffusion translation time of genomic DNA derived from U937 strain cells in the culture conditions in the presence and absence of a demethylating agent. FIG. 8 shows the result (heat map) of methylation array analysis of genomic DNA derived from U937 strain cells under the same culture conditions. 7 and 8, “U937_Mock” indicates a cell that was not treated with a demethylating agent, “U937_5AzaC” indicates a demethylating agent 5-azacytidine-treated cell, and “U937_DAC” indicates a demethylating agent. Decitabine treated cells are shown. From the results of FCS measurement, the genomic DNA of U937 cell line was about 85% methylation without treatment, about 15% with 5-azacytidine (5AzaC) and about 5% with decitabine (DAC) It can be confirmed that the methylation rate is reduced by the influence of the demethylating agent. In addition, in the comprehensive genome methylation analysis using the conventional methylation array, the methylation pattern was similarly changed (demethylation) due to the influence of the demethylating agent, and similar results were obtained. It will be.

ゲノムワイドなDNAメチル化パターンの解析において同様の結果が得られる本発明と従来法であるメチル化アレイを比較すると、本発明はメチル化アレイに比べて簡便にかつ短時間に低コストで結果を得ることができる。また、メチル化アレイでは前処理にバイサルファイト変換という化学処理工程が入り、変換効率によって得られる結果にバイアスが生じる恐れがあるが、本発明はクルードなゲノムDNAを材料としている点でも有利である。   Comparing the present invention, which yields similar results in the analysis of genome-wide DNA methylation patterns, and the conventional methylation array, the present invention provides results that are simpler and less expensive than methylation arrays. Can be obtained. In addition, in the methylation array, a chemical treatment step called bisulfite conversion is included in the pretreatment, which may cause a bias in the result obtained by the conversion efficiency. However, the present invention is advantageous in that it uses crude genomic DNA as a material. .

実施例5:本発明によるFCS測定を用いた特定DNA領域のメチル化度決定法と従来法によるメチル化解析(バイサルファイトシークエンシングによるメチル化解析)との比較
1.FCS測定を用いた、脱メチル化剤処理した株細胞における特定のCpGアイランドにおけるDNAメチル化率の算出
図9に、本実施例の実験方法の手順と生成物の概略を示す。
Example 5: Comparison of methylation degree determination method for specific DNA region using FCS measurement according to the present invention and methylation analysis by conventional method (methylation analysis by bisulfite sequencing) Calculation of DNA methylation rate in specific CpG island in cell line treated with demethylating agent using FCS measurement FIG. 9 shows the procedure of the experimental method of this example and the outline of the product.

(1) 1x106 cell/mlのU937株細胞を、脱メチル化剤(3μMの5−アザシチジンまたは5μMのデシタビン)の存在下または非存在下で72時間培養した。その後、細胞を回収しゲノムDNA(gDNA)を実施例1と同様に抽出した。 (1) 1 × 10 6 cell / ml U937 strain cells were cultured for 72 hours in the presence or absence of a demethylating agent (3 μM 5-azacytidine or 5 μM decitabine). Thereafter, the cells were collected, and genomic DNA (gDNA) was extracted in the same manner as in Example 1.

(2) ゲノムDNAを実施例1と同様にカラム精製後、EpiTect Bisulfite Kit (Qiagen)を用いてバイサルファイト変換した。 (2) Genomic DNA was subjected to column purification in the same manner as in Example 1, followed by bisulfite conversion using EpiTect Bisulfite Kit (Qiagen).

(3) ヒトp16INK4a遺伝子(CDKN2A)のプロモーター領域に対する特異的プライマーを用いてPCR増幅を行った。 (3) PCR amplification was performed using specific primers for the promoter region of the human p16INK4a gene (CDKN2A).

Forward primer:GAGGAGGGGTTGGTTGGTTATTAGAG(配列番号1)
Reverse primer:TACCTAATTCCAATTCCCCTACAAAC(配列番号2)
(4) バイサルファイト変換後の産物をSssI酵素 (NEB) にて30℃で4時間反応させた。
Forward primer: GAGGAGGGGTTGGTTGGTTATTAGAG (SEQ ID NO: 1)
Reverse primer: TACCTAATTCCAATTCCCCTACAAAC (SEQ ID NO: 2)
(4) The product after bisulfite conversion was reacted with SssI enzyme (NEB) at 30 ° C. for 4 hours.

(5) 生成物をアガロースゲル泳動し、目的のバンド(300bp)を切り出し精製した。 (5) The product was subjected to agarose gel electrophoresis, and the target band (300 bp) was cut out and purified.

(6) 実施例1(表2)と同様に、上記の操作で得られたDNA(10ng)と蛍光標識MBD2を混合して室温で20分間静置して反応させた。反応液を、波長543nm、出力100μWのレーザー光を照射時間15秒・照射回数5回の条件で一分子蛍光分析システムMF20(オリンパス(株)製)によりFCS測定して並進拡散時間を求めた。 (6) In the same manner as in Example 1 (Table 2), DNA (10 ng) obtained by the above operation and fluorescently labeled MBD2 were mixed and allowed to react at room temperature for 20 minutes. The reaction solution was subjected to FCS measurement with a single-molecule fluorescence analysis system MF20 (manufactured by Olympus Corporation) under the conditions of irradiation with a laser beam having a wavelength of 543 nm and an output of 100 μW for 15 seconds and the number of irradiations of 5 times, and the translational diffusion time was determined.

2.バイサルファイトシークエンシングによるメチル化解析
上述のバイサルファイト変換したDNAを鋳型に、p16遺伝子のプロモーター領域に対する上記特異的プライマーを用いてPCR増幅を行った。そのPCR産物を1.5%アガロースゲルで泳動分離してゲルから抽出後、pGEM T-Easyベクターにサブクローニングした。そして、そのクローニングベクターを大腸菌E.coli DH5α株に形質転換しクローニングを行った。5個のコロニーからそれぞれプラスミド抽出を行い、M13シーケンスプライマーにてシーケンスを決定した。
2. Analysis of methylation by bisulfite sequencing PCR amplification was performed using the above bisulfite-converted DNA as a template and the above-described specific primer for the promoter region of the p16 gene. The PCR product was electrophoretically separated on a 1.5% agarose gel, extracted from the gel, and then subcloned into the pGEM T-Easy vector. The cloning vector was transformed into E. coli DH5α strain for cloning. Plasmid extraction was performed from each of the 5 colonies, and the sequence was determined with M13 sequence primer.

3.結果
図10に脱メチル化剤存在下および非存在下での培養条件におけるU937株細胞のp16INK4a遺伝子プロモーター領域DNAの並進拡散時間(Diff.time)を示す。図10において、「TAMRA-MBD2」は、蛍光標識MBD2(すなわちDNA 0ng)を示し、「0% Methyl」は、0%メチル化コントロールDNAを示し、「100% Methyl」は、100%メチル化コントロールDNAを示し、「U937_Mock」は、脱メチル化剤で処理しなかった細胞サンプルを示し、「U937_5AzaC」は、脱メチル化剤5−アザシチジン処理細胞サンプルを示し、「U937_DAC」は、脱メチル化剤デシタビン処理細胞サンプルを示す。脱メチル化剤処理により並進拡散時間が短くなっており、p16INK4a遺伝子プロモーター領域のCpGサイトのメチル化率が低下していることが分かる。従来法に従って、同プロモーター領域のバイサルファイト変換後の産物のシーケンスを解析した結果を図11に示す。図11において、「U937 Mock」は、脱メチル化剤で処理しなかった細胞を示し、「U937 5AzaC」は、脱メチル化剤5−アザシチジン処理細胞を示し、「U937 DAC」は、脱メチル化剤デシタビン処理細胞を示す。図11に示したように脱メチル化剤(5AzaCまたはDAC)の影響で脱メチル化(白丸)している。本発明は、ゲノムワイドなメチル化パターンを解析できるだけでなく、特定のDNA領域を抽出してメチル化率を解析することも可能であり、これらの結果は特定領域のメチル化解析法であるバイサルファイトシークエンシングと同様の結果が得られる。また、バイサルファイトシークエンシングが結果が得られるまでに1週間程度かかるのに対し、本発明は2日に短縮することができる。
3. Results FIG. 10 shows the translational diffusion time (Diff.time) of the p16INK4a gene promoter region DNA of the U937 cell line under the culture conditions in the presence and absence of the demethylating agent. In FIG. 10, “TAMRA-MBD2” indicates fluorescently labeled MBD2 (ie, DNA 0 ng), “0% Methyl” indicates 0% methylated control DNA, and “100% Methyl” indicates 100% methylated control. DNA indicates “U937_Mock” indicates a cell sample not treated with a demethylating agent, “U937_5AzaC” indicates a demethylating agent 5-azacytidine treated cell sample, and “U937_DAC” indicates a demethylating agent. A decitabine treated cell sample is shown. It can be seen that the translational diffusion time is shortened by the treatment with the demethylating agent, and the methylation rate of the CpG site in the p16INK4a gene promoter region is reduced. FIG. 11 shows the result of analyzing the product sequence after bisulfite conversion of the promoter region according to the conventional method. In FIG. 11, “U937 Mock” indicates a cell that was not treated with a demethylating agent, “U937 5AzaC” indicates a cell that is treated with a demethylating agent 5-azacytidine, and “U937 DAC” indicates a demethylated agent. The agent decitabine treated cells are shown. As shown in FIG. 11, it is demethylated (white circle) due to the influence of a demethylating agent (5AzaC or DAC). In addition to analyzing genome-wide methylation patterns, the present invention can extract a specific DNA region and analyze the methylation rate. These results are the bilateral analysis method for methylation analysis of a specific region. Results similar to fight sequencing are obtained. In addition, the bisulfite sequencing takes about a week until results are obtained, whereas the present invention can be shortened to two days.

レーザー照射条件について、2通りの条件(照射時間15秒・照射回数5回もしくは照射時間5秒・照射回数15回)で検討したが、特定領域に限定したDNAを用いたFCS測定では照射時間15秒・照射回数5回の条件で良好な結果が得られた。   The laser irradiation conditions were examined under two conditions (irradiation time 15 seconds / irradiation frequency 5 times or irradiation time 5 seconds / irradiation frequency 15 times), but in FCS measurement using DNA limited to a specific region, irradiation time 15 Good results were obtained under conditions of 2 seconds and 5 irradiations.

実施例6:急性白血病(AML)患者の末梢血由来ゲノムDNAと健常人の末梢血由来ゲノムDNAにおけるメチル化率の比較
1.実験方法
急性白血病(AML)患者の末梢血もしくは健常人の末梢血350μlから、実施例1と同様に全自動ゲノム抽出ロボット(Magtration System 6GC: Precision System Science)を用いてゲノムDNAを抽出し、MseI酵素での前処理(断片化)およびカラム精製を行った。
Example 6: Comparison of methylation rate in genomic DNA derived from peripheral blood of acute leukemia (AML) patients and genomic DNA derived from peripheral blood of healthy individuals Experimental Method Genomic DNA was extracted from peripheral blood of acute leukemia (AML) patients or peripheral blood of healthy individuals using a fully automatic genome extraction robot (Magtration System 6GC: Precision System Science) in the same manner as in Example 1. Pretreatment with enzyme (fragmentation) and column purification were performed.

実施例1(表2)と同様に断片化ゲノムDNA(10ng)と蛍光標識MBD2を混合して室温で20分間静置して反応させた。反応液を、波長543nm、出力100μWのレーザー光を照射時間5秒・照射回数15回の条件で一分子蛍光分析システムMF20(オリンパス(株)製)によりFCS測定して並進拡散時間を求めた。   In the same manner as in Example 1 (Table 2), fragmented genomic DNA (10 ng) and fluorescently labeled MBD2 were mixed and allowed to react at room temperature for 20 minutes. The reaction solution was subjected to FCS measurement with a single-molecule fluorescence analysis system MF20 (manufactured by Olympus Corporation) under the conditions of a laser beam with a wavelength of 543 nm and an output of 100 μW for an irradiation time of 5 seconds and a number of irradiations of 15 times to determine the translational diffusion time.

2.結果
図12に急性白血病(AML)患者および健常人由来ゲノムDNAにおけるメチル化率を示す。図12において、健常人(Normal)と比較して急性白血病患者のゲノムDNAにおいて有意にメチル化率が減少している。癌細胞のゲノムDNAでは、癌抑制遺伝子などのプロモーター領域に存在するCpGアイランドの高メチル化とゲノムワイドな低メチル化が引き起こされる現象が知られている。CpGアイランドの高メチル化は特定因子の転写不活化に、ゲノムワイドな低メチル化はゲノム不安定性に起因している。本実施例でも、急性白血病患者のゲノムDNAは低メチル化状態になっており、本発明によるゲノムワイドな低メチル化の検出が、診断マーカーとして臨床応用可能であることが実証された。
2. Results FIG. 12 shows the methylation rate in genomic DNA from acute leukemia (AML) patients and healthy individuals. In FIG. 12, the methylation rate is significantly reduced in the genomic DNA of patients with acute leukemia compared to normal subjects (Normal). In the genomic DNA of cancer cells, a phenomenon is known that causes hypermethylation and genome-wide hypomethylation of CpG islands in promoter regions such as tumor suppressor genes. Hypermethylation of CpG islands is due to transcriptional inactivation of specific factors, and genome-wide hypomethylation is due to genomic instability. Also in this example, the genomic DNA of acute leukemia patients is hypomethylated, and it has been demonstrated that the detection of genome-wide hypomethylation according to the present invention can be clinically applied as a diagnostic marker.

Claims (6)

一分子蛍光分析法によるゲノムDNA全体のメチル化度の決定方法であって、
(1)被検体から採取されたゲノムDNAを、制限酵素処理により断片化し、断片化されたゲノムDNAを得る工程と、
(2)断片化されたゲノムDNAと、蛍光標識したメチル化DNA結合タンパク質とを反応させる工程と、
(3)反応溶液中の蛍光分子の蛍光強度を一分子蛍光分析法により測定し、蛍光分子の並進拡散時間を求める工程と、
(4)得られた並進拡散時間から、ゲノムDNA全体のメチル化度を決定する工程
を含むことを特徴とする方法。
A method for determining the degree of methylation of whole genomic DNA by single molecule fluorescence analysis,
(1) a step of fragmenting genomic DNA collected from a subject by restriction enzyme treatment to obtain fragmented genomic DNA;
(2) reacting fragmented genomic DNA with fluorescently labeled methylated DNA binding protein;
(3) measuring the fluorescence intensity of the fluorescent molecules in the reaction solution by single molecule fluorescence analysis, and determining the translational diffusion time of the fluorescent molecules;
(4) A method comprising the step of determining the degree of methylation of the entire genomic DNA from the obtained translational diffusion time.
前記(4)の工程において、下記式1によりメチル化度を求めることを特徴とする、請求項1に記載の方法:
式1:被検体サンプルDNAのメチル化率(%)={(被検体サンプルDNAの並進拡散時間-0%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間)/(100%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間-0%メチル化コントロールDNAの並進拡散時間)}×100。
The method according to claim 1, wherein in the step (4), the degree of methylation is obtained by the following formula 1.
Formula 1: Methylation rate of analyte sample DNA (%) = {(translational diffusion time of analyte sample DNA−0% translational diffusion time of methylated control DNA) / (translational diffusion time of 100% methylated control DNA− 0% methylated control DNA translational diffusion time)} × 100.
前記(1)の工程における制限酵素がMseIであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the restriction enzyme in the step (1) is MseI. 前記(2)の工程におけるメチル化DNA結合タンパク質がMBD2(Methyl-CpG binding domain protein 2)であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the methylated DNA binding protein in the step (2) is MBD2 (Methyl-CpG binding domain protein 2). 一分子蛍光分析法による特定DNA領域のメチル化度の決定方法であって、
(1)被検体から採取されたゲノムDNAにバイサルファイト変換を行い、非メチル化シトシンをウラシルに変換し、メチル化シトシンを未変換のまま維持する工程と、
(2)疾患と関連してメチル化されることが知られている特定DNA領域を増幅し、増幅産物を得る工程と、
(3)増幅産物のCpG配列にメチル化処理を行う工程と、
(4)メチル化処理後のDNAと、蛍光標識したメチル化DNA結合タンパク質とを反応させる工程と、
(5)反応溶液中の蛍光分子の蛍光強度を一分子蛍光分析法により測定し、蛍光分子の並進拡散時間を求める工程と、
(6)得られた並進拡散時間から、特定DNA領域のメチル化度を決定する工程
を含むことを特徴とする方法。
A method for determining the degree of methylation of a specific DNA region by single molecule fluorescence analysis,
(1) performing bisulfite conversion on genomic DNA collected from a subject, converting unmethylated cytosine to uracil, and maintaining methylated cytosine unconverted;
(2) amplifying a specific DNA region known to be methylated in association with a disease to obtain an amplification product;
(3) a step of methylating the CpG sequence of the amplification product;
(4) a step of reacting DNA after methylation treatment with fluorescently labeled methylated DNA binding protein;
(5) measuring the fluorescence intensity of the fluorescent molecules in the reaction solution by single molecule fluorescence analysis, and determining the translational diffusion time of the fluorescent molecules;
(6) A method comprising the step of determining the degree of methylation of a specific DNA region from the obtained translational diffusion time.
疾患と関連してメチル化されることが知られている特定DNA領域が、癌抑制遺伝子のプロモーター領域であることを特徴とする、請求項5に記載の方法。   6. The method according to claim 5, wherein the specific DNA region known to be methylated in connection with a disease is a promoter region of a tumor suppressor gene.
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