RU2596404C1 - METHOD OF DETERMINING THE METHYLATION SITES PuCGPy REGULATORY REGIONS OF GENES-MARKERS OF COLORECTAL CANCER BY GLAD-PCR-ANALYSIS AND OLIGONUCLEOTIDE PRIMERS AND FLUORESCENT-LABELLED PROBES FOR REALISING SAID METHOD - Google Patents
METHOD OF DETERMINING THE METHYLATION SITES PuCGPy REGULATORY REGIONS OF GENES-MARKERS OF COLORECTAL CANCER BY GLAD-PCR-ANALYSIS AND OLIGONUCLEOTIDE PRIMERS AND FLUORESCENT-LABELLED PROBES FOR REALISING SAID METHOD Download PDFInfo
- Publication number
- RU2596404C1 RU2596404C1 RU2015129314/10A RU2015129314A RU2596404C1 RU 2596404 C1 RU2596404 C1 RU 2596404C1 RU 2015129314/10 A RU2015129314/10 A RU 2015129314/10A RU 2015129314 A RU2015129314 A RU 2015129314A RU 2596404 C1 RU2596404 C1 RU 2596404C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dna
- gene
- genes
- colorectal cancer
- methylation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к областям молекулярной биологии, биотехнологии и медицины, и может быть использовано в молекулярно-генетической диагностике онкологических заболеваний и для оценки эффективности противораковой терапии, а именно для анализа метилирования генов-онкомаркеров колоректального рака в образцах биологического материала.The invention relates to the fields of molecular biology, biotechnology and medicine, and can be used in molecular genetic diagnosis of cancer and to evaluate the effectiveness of anti-cancer therapy, namely for the methylation analysis of tumor markers of colorectal cancer in samples of biological material.
Одним из наиболее перспективных инструментов молекулярно-генетической диагностики и мониторинга онкологических заболеваний сегодня представляется эпигенетическая диагностика, то есть идентификация болезни путем выявления эпигенетических маркеров. Эпигенетические маркеры представляют собой химические группы, которые присоединяются к геномной ДНК человека (метилирование цитозиновых оснований с образованием 5-метилцитозина, 5mC) либо к ассоциированным с ней гистоновым комплексам и оказывают влияние на функциональную активность генов. Наиболее распространенным эпигенетическим нарушением при канцерогенезе является локальное гиперметилирование отдельных участков ДНК, так называемых CpG-островков, в регуляторных областях генов-онкосупрессоров, которые в норме лишены метильных групп. В настоящее время показано, что подобное аберрантное метилирование характерно для начальных стадий большинства ненаследственных (спорадических) форм рака, которые в среднем составляют более 90% всех случаев злокачественных новообразований.One of the most promising tools for molecular genetic diagnosis and monitoring of cancer today is epigenetic diagnosis, that is, the identification of the disease by identifying epigenetic markers. Epigenetic markers are chemical groups that attach to human genomic DNA (methylation of cytosine bases to form 5-methylcytosine, 5mC) or to histone complexes associated with it and affect the functional activity of genes. The most common epigenetic disorder during carcinogenesis is local hypermethylation of individual DNA regions, the so-called CpG islands, in the regulatory regions of cancer suppressor genes, which are normally devoid of methyl groups. It has now been shown that such aberrant methylation is characteristic of the initial stages of most non-hereditary (sporadic) forms of cancer, which on average account for more than 90% of all cases of malignant neoplasms.
Для осуществления эпигенетической диагностики злокачественных новообразований необходимо решить два ключевых вопроса:To carry out the epigenetic diagnosis of malignant neoplasms, two key issues must be addressed:
а) какой метод детекции следует использовать для определения статуса метилирования генов? a) what detection method should be used to determine the status of gene methylation?
б) метилирование регуляторных участков каких генов ассоциировано с конкретным онкологическим заболеванием? b) methylation of regulatory regions of which genes is associated with a specific cancer?
Для решения первого вопроса, а именно для анализа статуса метилирования генов, применяется ряд методов, которые можно разделить на четыре группы. To solve the first question, namely, to analyze the status of gene methylation, a number of methods are used that can be divided into four groups.
Первая группа методов основана на бисульфитной конверсии ДНК, влекущей изменения ее нуклеотидного состава. В дальнейшем нужный участок конвертированного генома может быть амплифицирован в ПЦР и секвенирован для определения всех метилированных цитозиновых остатков. Если исследователя интересует статус метилирования конкретного CG-динуклеотида, то используются более простые способы анализа. Так, возможно проведение метилчувствительной ПЦР (другой употребляемый термин - «метилспецифическая ПЦР»), в которой проводятся две реакции с использованием праймеров, подобранных для случаев прохождения или непрохождения конверсии в исследуемом динуклеотиде. Другим широко используемым способом определения метилирования является обработка конвертированной ДНК эндонуклеазами рестрикции (метод COBRA, основанный на появлении или исчезновении сайтов узнавания ферментов в измененной ДНК). К недостаткам описанных методов относятся существенная деградация и значительные потери нуклеиновых кислот при проведении бисульфитной конверсии, что делает проблематичным анализ малого количества материала, трудоемкость, дороговизна исследования и значительные затраты времени [Umer M, Herceg Z. Deciphering the epigenetic code: an overview of DNA methylation analysis methods // Antioxid Redox Signal. - 2013. - V. 18. - P. 1972-1986].The first group of methods is based on bisulfite conversion of DNA, entailing changes in its nucleotide composition. Subsequently, the desired region of the converted genome can be amplified by PCR and sequenced to determine all methylated cytosine residues. If the researcher is interested in the methylation status of a particular CG dinucleotide, then simpler methods of analysis are used. So, it is possible to carry out methyl-sensitive PCR (another term used is “methyl-specific PCR”), in which two reactions are carried out using primers selected for cases of passage or failure of conversion in the studied dinucleotide. Another widely used method for determining methylation is the treatment of converted DNA with restriction endonucleases (COBRA method based on the appearance or disappearance of enzyme recognition sites in altered DNA). The disadvantages of the described methods include significant degradation and significant loss of nucleic acids during bisulfite conversion, which makes it difficult to analyze a small amount of material, the complexity, the cost of the study and the significant investment of time [Umer M, Herceg Z. Deciphering the epigenetic code: an overview of DNA methylation analysis methods // Antioxid Redox Signal. - 2013. - V. 18. - P. 1972-1986].
Вторая группа методов включает в себя процедуры гидролиза ДНК метилчувствительными эндонуклеазами. Анализ статуса метилирования генов основан на том, что данные рестриктазы не способны распознавать и расщеплять последовательности, содержащие метилированные CG-сайты (например, фермент HpaII, узнающий и гидролизующий лишь неметилированный тетрануклеотид CCGG). Результаты реакции гидролиза могут быть проанализированы с помощью ПЦР с фланкирующими праймерами. Существенным ограничением для широкого применения этих методов является относительно небольшое число известных эндонуклеаз рестрикции, распознающих последовательности, содержащие CG-динуклеотиды, и при этом чувствительных к метилированию цитозиновых остатков в них [Shen L, Waterland RA. Methods of DNA methylation analysis // Curr Opin Clin Nutr Metab Care. - 2007. - V. 10. - P. 576-581]. Данный подход также не позволяет выявлять частично метилированную ДНК, тогда как именно такой паттерн метилирования CpG-островков характерен для самых ранних стадий канцерогенеза.The second group of methods includes DNA hydrolysis procedures with methyl-sensitive endonucleases. Analysis of gene methylation status is based on the fact that these restriction enzymes are not able to recognize and cleave sequences containing methylated CG sites (for example, the HpaII enzyme that recognizes and hydrolyzes only unmethylated CCGG tetranucleotide). The results of the hydrolysis reaction can be analyzed by PCR with flanking primers. A significant limitation for the widespread use of these methods is the relatively small number of known restriction endonucleases that recognize sequences containing CG dinucleotides and are sensitive to methylation of cytosine residues in them [Shen L, Waterland RA. Methods of DNA methylation analysis // Curr Opin Clin Nutr Metab Care. - 2007. - V. 10. - P. 576-581]. This approach also does not allow the detection of partially methylated DNA, whereas just such a pattern of methylation of CpG islands is characteristic of the earliest stages of carcinogenesis.
Третья группа методов базируется на использовании метилсвязывающих белков (methyl binding domain containing proteins, MBD-белки) для изоляции метилированной ДНК и ее последующей амплификации. Известна, например, технология MethylMeter, разработанная специалистами американской компании RiboMed (патент Канады №2724343, опубл. 15.05.2008 г.), позволяющая достигать высоких показателей чувствительности и специфичности. Данная технология используется производителями некоторых тест-систем, например, G-CIMP DecisionDX американской компании Castle Biosciences. Для защиты данной тест-системы подана заявка США №2014272986, опубликованная 18.09.2014 г. Тем не менее, подобные методы остаются весьма трудоемкими, а для четкого количественного анализа результатов требуется сложное дорогостоящее оборудование.The third group of methods is based on the use of methyl binding domain containing proteins (MBD proteins) for the isolation of methylated DNA and its subsequent amplification. For example, MethylMeter technology developed by specialists of the American company RiboMed (Canadian patent No. 2724343, publ. May 15, 2008) is known, which allows achieving high sensitivity and specificity. This technology is used by manufacturers of some test systems, for example, G-CIMP DecisionDX of the American company Castle Biosciences. To protect this test system, US application No. 2014272986 was published, published September 18, 2014. However, such methods remain very time-consuming, and a clear and quantitative analysis of the results requires sophisticated and expensive equipment.
Четвертая группа методов базируется на использовании сайт-специфических метилзависимых эндонуклеаз. После их открытия и начала коммерческого производства их препаратов появилась возможность использования этого нового класса ферментов в эпигенетических исследованиях. В отличие от обычных эндонуклеаз рестрикции, метилзависимые ферменты узнают только метилированные последовательности ДНК, что делает их еще одним удобным инструментом изучения статуса метилирования генов. В число ферментов данного класса входят производимые в России компанией ООО «СибЭнзайм» эндонуклеазы GlaI, BisI, BlsI, MteI и ряд других [http://russia.sibenzyme.com/products/m2_type].The fourth group of methods is based on the use of site-specific methyl-dependent endonucleases. After their discovery and the start of commercial production of their preparations, it became possible to use this new class of enzymes in epigenetic studies. Unlike conventional restriction endonucleases, methyl-dependent enzymes recognize only methylated DNA sequences, which makes them another convenient tool for studying the methylation status of genes. The enzymes of this class include the endonucleases GlaI, BisI, BlsI, MteI and several others [http://russia.sibenzyme.com/products/m2_type], produced in Russia by SibEnzyme LLC.
Благодаря совпадению последовательности ДНК, являющейся продуктом метилирования de novo, и субстратной специфичности фермента GlaI исследователями ООО «СибЭнзайм» был разработан метод, названный GLAD-ПЦР (GlaI hydrolysis and Ligation Adapter Dependent PCR), который позволяет определять наличие сайтов Pu(5mC)GPy в исследуемом участке ДНК [Кузнецов В.В. с соавт. Способ определения нуклеотидной последовательности Pu(5mC)GPy в заданном положении протяженной ДНК // Патент РФ №2525710 С1, опубл. 20.08.2014, Бюл. №23]. Метод включает гидролиз ДНК ферментом GlaI, присоединение специфического адаптера к концам гидролизованной ДНК и последующую реакцию ПЦР в режиме реального времени с праймеров, окружающих целевой участок ДНК. Метод позволяет определить наличие одного или нескольких сайтов Pu(5mC)GPy внутри изучаемого фрагмента ДНК. Таким образом, метод GLAD-ПЦР может быть использован для определения статуса метилирования регуляторных участков генов.Due to the coincidence of the DNA sequence, which is the product of de novo methylation, and the substrate specificity of the GlaI enzyme, the researchers of SibEnzyme LLC developed a method called GLAD-PCR (GlaI hydrolysis and Ligation Adapter Dependent PCR), which allows determining the presence of Pu (5mC) GPy sites in the investigated DNA [Kuznetsov V.V. et al. The method for determining the nucleotide sequence of Pu (5mC) GPy in a given position of extended DNA // RF Patent No. 2525710 C1, publ. 08/20/2014, Bull. No. 23]. The method involves hydrolysis of DNA with GlaI enzyme, attachment of a specific adapter to the ends of the hydrolyzed DNA, and subsequent real-time PCR reaction from the primers surrounding the target DNA region. The method makes it possible to determine the presence of one or several Pu (5mC) GPy sites inside the studied DNA fragment. Thus, the GLAD-PCR method can be used to determine the methylation status of regulatory regions of genes.
Данный метод обладает рядом преимуществ, заключающихся в простоте выполнения, способности выявлять лишь метилированные сайты в сложных смесях ДНК и возможности количественно оценивать их число. Следует также отметить, что метод обладает значительной универсальностью и может быть применен для анализа любых сложных смесей ДНК, например, ДНК из опухолей, содержащей нуклеиновые кислоты не только из малигнантных, но и из нормальных клеток (клетки сосудов, соединительной ткани и т.д.). Апробация GLAD-ПЦР показала, что метод обладает высокой чувствительностью, позволяя детектировать метилированные сайты в сильноразбавленных растворах.This method has a number of advantages, consisting in simplicity of execution, the ability to detect only methylated sites in complex mixtures of DNA, and the ability to quantify their number. It should also be noted that the method has considerable versatility and can be used to analyze any complex mixtures of DNA, for example, DNA from tumors containing nucleic acids not only from malignant, but also from normal cells (vascular cells, connective tissue, etc.). ) Testing of GLAD-PCR showed that the method is highly sensitive, allowing the detection of methylated sites in highly diluted solutions.
Указанный метод является универсальным методом детекции метилирования сайтов Pu(5mC)GPy, позволяющим сформировать и описать конкретную панель генов, специфичную, например, для колоректального рака. Но в самом описании метода специфичные для различных видов онкологии панели генов отсутствуют.This method is a universal method for the detection of methylation of Pu (5mC) GPy sites, which allows one to form and describe a specific gene panel specific for, for example, colorectal cancer. But in the description of the method itself, there are no gene panels specific for various types of oncology.
Рак толстого кишечника и прямой кишки (колоректальный рак) - один из наиболее часто встречающихся видов злокачественных новообразований. В развитых странах мира ежегодно диагностируется более миллиона случаев этого заболевания, а летальность от рака этой локализации составляет более 33% даже в странах с высоким уровнем онкологической помощи [Walther A. et al. Genetic prognostic and predictive markers in colorectal cancer // Nat. Rev. Cancer. - 2009. - V. 9. - P. 489-499]. Как и в случае большинства других онкологических заболеваний, выявление данного вида рака на ранних стадиях во многом определяет успешность лечения, ввиду чего развитие чувствительных молекулярно-генетических, в том числе эпигенетических, методов диагностики колоректального рака несомненно является актуальной задачей. Однако начальные стадии патологии внутренних органов зачастую не сопровождаются определяемыми при наружном осмотре аномалиями или ощущаемыми пациентами нарушениями функций организма, что делает раннюю диагностику в этих случаях крайне затруднительной. Таким образом, использование биохимических и генетических анализов для диагностики колоректального рака является предпочтительным способом выявления заболевания, тем более, что такая диагностика возможна еще на бессимптомной стадии [Gyparaki MT, Basdra EK, Papavassiliou AG. DNA methylation biomarkers as diagnostic and prognostic tools in colorectal cancer // J Mol Med (Berl). - 2013. - V. 91. - P. 1249-1256].Colon and rectal cancer (colorectal cancer) is one of the most common types of malignant neoplasms. In the developed countries of the world, more than a million cases of this disease are diagnosed annually, and the mortality from cancer of this localization is more than 33% even in countries with a high level of cancer care [Walther A. et al. Genetic prognostic and predictive markers in colorectal cancer // Nat. Rev. Cancer - 2009. - V. 9. - P. 489-499]. As in the case of most other oncological diseases, the detection of this type of cancer in the early stages largely determines the success of treatment, which is why the development of sensitive molecular genetic, including epigenetic, methods for diagnosing colorectal cancer is undoubtedly an urgent task. However, the initial stages of the pathology of the internal organs are often not accompanied by anomalies determined by external examination or by patients who feel impaired body functions, which makes early diagnosis in these cases extremely difficult. Thus, the use of biochemical and genetic analyzes for the diagnosis of colorectal cancer is the preferred method for detecting the disease, especially since such diagnosis is possible at an asymptomatic stage [Gyparaki MT, Basdra EK, Papavassiliou AG. DNA methylation biomarkers as diagnostic and prognostic tools in colorectal cancer // J Mol Med (Berl). - 2013. - V. 91. - P. 1249-1256].
Для разработки соответствующей диагностической системы необходимо найти ответ на второй вопрос: метилирование регуляторных участков каких именно генов ассоциировано с развитием колоректального рака?To develop an appropriate diagnostic system, it is necessary to find the answer to the second question: methylation of regulatory regions of which genes is associated with the development of colorectal cancer?
Одна из первых масштабных работ по поиску маркерных генов для эпигенетической диагностики колоректального рака была проведена в 2008 году сотрудниками компании Epigenomics AG (Германия) [Lofton-Day C et al. DNA methylation biomarkers for blood-based colorectal cancer screening // Clin Chem. - 2008. - V. 54. - P. 414-423]. На первом этапе работы были использованы метилчувствительные ферменты рестрикции для анализа более 600 кандидатных фрагментов геномной ДНК, выделенной из опухолей и нормальной ткани. Были выбраны 56 участков ДНК, которые достоверно различались по степени метилирования в здоровых и малигнантных клетках. Далее эти участки дополнительно проверялись на микрочипах и в ПЦР в реальном времени. Это позволило сократить число генов, наиболее пригодных для использования в качестве эпигенетических маркеров колоректального рака, до семи (SEPT9, NGFR, TMEFF2, ALX4, EYA4, FOXL2, SIX6).One of the first large-scale work on the search for marker genes for the epigenetic diagnosis of colorectal cancer was carried out in 2008 by Epigenomics AG (Germany) [Lofton-Day C et al. DNA methylation biomarkers for blood-based colorectal cancer screening // Clin Chem. - 2008. - V. 54. - P. 414-423]. At the first stage of work, methyl-sensitive restriction enzymes were used to analyze more than 600 candidate fragments of genomic DNA isolated from tumors and normal tissue. 56 DNA sections were selected that significantly differed in the degree of methylation in healthy and malignant cells. Further, these sites were additionally tested on microarrays and in real-time PCR. This reduced the number of genes most suitable for use as epigenetic markers of colorectal cancer to seven (SEPT9, NGFR, TMEFF2, ALX4, EYA4, FOXL2, SIX6).
В дальнейшем большое число авторов опубликовало результаты своих исследований по поиску генов-онкомаркеров для эпигенетической диагностики колоректального рака, проведенных различными методами, включая такие современные подходы, как применение ДНК-микрочипов (например, серии Infinium HumanMethylation, Illumina, США), ограниченное (RRBS, Reduced Representation Bisulfite Sequencing) и полногеномное бисульфитное секвенирование (WGBS, Whole Genome Bisulphite Sequencing) секвенирующими системами нового поколения (Next Generation Sequencing, NGS) [Reinders J. et al. // Epigenomics. - 2010. - V. 2. - P. 209-220; Kaneda A., Yagi K. // Cancer Sci. - 2011. - V. 102. - P. 18-24; Kibriya M.G. et al. // BMC Med Genomics. - 2011. - 4:50; Kim Y.H. et al. // Ann Surg Oncol. - 2011. - V. 18. - P. 2338-2347; Gu H. et al. // Nat Protoc. - 2011. - V. 6. - P. 468-481; Yi J.M. et al. // Tumour Biol. - 2012. - V. 33. - P. 363-372; Hinoue T. et al. // Genome Res. - 2012. - V. 22. - P. 271-282; Lange C.P. et al. // PLoS One. - 2012. - 7:e50266; Li H. et al. // Oncol Rep. - 2012. - V. 28. - P. 99-104; Roperch J.P. et al. // BMC Cancer. - 2013. - P. 13-566; Naumov V.A. // Epigenetics. - 2013. - V. 8. - P. 921-934; Chen Y.A. et al. // Epigenetics. - 2013. - V. 8. - P. 203-209; Harper K.N. et al. // Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. - 2013. - V. 22. - P. 1052-1060; Mitchell S.M. et al. // BMC Cancer. - 2014. - P. 14-54; Melson J. et al. // Int J Cancer. - 2014. - V. 134. - P. 2656-2662; Papadia C. et al. // Inflamm Bowel Dis. - 2014. - V. 20. - P. 271-277].In the future, a large number of authors published the results of their studies on tumor marker genes for the epigenetic diagnosis of colorectal cancer, carried out by various methods, including such modern approaches as the use of DNA microarrays (for example, Infinium HumanMethylation, Illumina, USA), limited (RRBS, Reduced Representation Bisulfite Sequencing) and genome-wide bisulfite sequencing (WGBS, Whole Genome Bisulphite Sequencing) with next generation sequencing systems (Next Generation Sequencing, NGS) [Reinders J. et al. // Epigenomics. - 2010. - V. 2. - P. 209-220; Kaneda A., Yagi K. // Cancer Sci. - 2011. - V. 102. - P. 18-24; Kibriya M.G. et al. // BMC Med Genomics. - 2011 .-- 4:50; Kim Y.H. et al. // Ann Surg Oncol. - 2011. - V. 18. - P. 2338-2347; Gu H. et al. // Nat Protoc. - 2011. - V. 6. - P. 468-481; Yi J.M. et al. // Tumour Biol. - 2012. - V. 33. - P. 363-372; Hinoue T. et al. // Genome Res. - 2012. - V. 22. - P. 271-282; Lange C.P. et al. // PLoS One. - 2012 .-- 7: e50266; Li H. et al. // Oncol Rep. - 2012. - V. 28. - P. 99-104; Roperch J.P. et al. // BMC Cancer. - 2013 .-- P. 13-566; Naumov V.A. // Epigenetics. - 2013. - V. 8. - P. 921-934; Chen Y.A. et al. // Epigenetics. - 2013. - V. 8. - P. 203-209; Harper K.N. et al. // Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. - 2013. - V. 22. - P. 1052-1060; Mitchell S.M. et al. // BMC Cancer. - 2014 .-- P. 14-54; Melson J. et al. // Int J Cancer. - 2014 .-- V. 134. - P. 2656-2662; Papadia C. et al. // Inflamm Bowel Dis. - 2014. - V. 20. - P. 271-277].
Некоторые из обнаруженных генов-онкомаркеров уже применяются в коммерческих тест-системах для диагностики колоректального рака. В 2008-2012 годах в компании Epigenomics AG (Германия) была разработана и запатентована тест-система «Epi proColon kit 2.0» для диагностики колоректального рака (международная заявка № WO 2005001142, опубл. 06.01.2005 г.; заявка США №2014179563, опубл. 26.06.2014 г.) на основе выявления специфического эпигенетического маркера SEPT9 в периферической крови [Heichman KA. Blood-based testing for colorectal cancer screening // Mol Diagn Ther. 2014. - V. 18. - P. 127-135]. Метилирование другого гена (VIM, виментин) в малигнантных клетках послужило основой для создания тест-системы «ColoGuard assay» от компании LabCorp (США) [Lao VV, Grady WM. Epigenetics and colorectal cancer // Nat Rev Gastroenterol Hepatol. - 2011. - V. 8. - P. 686-700]. Однако подобные моно-тест-системы не предназначены для постановки окончательного диагноза, и их показатели могут служить лишь дополнительными индикаторами развития или отсутствия заболевания.Some of the detected tumor markers are already used in commercial test systems for the diagnosis of colorectal cancer. In 2008-2012, Epigenomics AG (Germany) developed and patented the Epi proColon kit 2.0 test system for the diagnosis of colorectal cancer (international application No. WO 2005001142, published on January 6, 2005; US application No. 2014179563, published June 26, 2014) based on the detection of a specific epigenetic marker SEPT9 in peripheral blood [Heichman KA. Blood-based testing for colorectal cancer screening // Mol Diagn Ther. 2014. - V. 18. - P. 127-135]. Methylation of another gene (VIM, vimentin) in malignant cells served as the basis for creating the ColoGuard assay test system from LabCorp (USA) [Lao VV, Grady WM. Epigenetics and colorectal cancer // Nat Rev Gastroenterol Hepatol. - 2011. - V. 8. - P. 686-700]. However, such mono-test systems are not intended to make a final diagnosis, and their indicators can serve only as additional indicators of the development or absence of a disease.
В совокупности полученные исследователями данные свидетельствуют о ненадежности диагностики, построенной на анализе одного гена и, соответственно, об актуальности разработки и внедрения тест-систем, основанных на определении статуса метилирования ДНК регуляторных областей ряда генов-онкомаркеров, позволяющих проводить диагностику более надежно и точно. Известна работа Lind с соавт., создавших диагностический набор для анализа метилирования шести генов: CNRIP1, FBN1, INA, MAL, SNCA и SPG20 [Lind G.E. et al. Identification of an epigenetic biomarker panel with high sensitivity and specificity for colorectal cancer and adenomas // Mol Cancer 2011. - V 10. - P. 85].In total, the data obtained by the researchers indicate the unreliability of diagnostics based on the analysis of a single gene and, accordingly, the relevance of the development and implementation of test systems based on determining the status of DNA methylation in the regulatory regions of a number of tumor markers, allowing for more reliable and accurate diagnosis. Known work of Lind et al., Who created a diagnostic kit for the analysis of methylation of six genes: CNRIP1, FBN1, INA, MAL, SNCA and SPG20 [Lind G.E. et al. Identification of an epigenetic biomarker panel with high sensitivity and specificity for colorectal cancer and adenomas // Mol Cancer 2011. -
Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ определения диагноза рака у индивидуума с подозрением на колоректальный рак (Международная заявка № WO 2014062218, МПК C12Q 1/68, опубл. 24.04.2014 г.), включающий: получение образца от индивидуума с подозрением на рак; гидролиз высокоочищенной геномной ДНК из исследуемого биоматериала с использованием бисульфитной конверсии ДНК; определения наличия или отсутствия высокого уровня экспрессии генов (определение уровня метилирования регуляторных областей генов-онкомаркеров с использованием цифровой ПЦР) по отношению к нормальному базовому стандарту для одной диагностической панели, включающей следующие биомаркеры: TFPI2, THBD, C9ORF50, ADHFE1, FGF12, PTPRT, ZNF568, KIAA1026, SFMBT2, и / или AUTS2; и диагностики рака при наличии высокого уровня экспрессии по отношению к нормальному базовому стандарту по меньшей мере одного биомаркера.The closest analogue (prototype) is a method for determining the diagnosis of cancer in an individual with suspected colorectal cancer (International Application No. WO 2014062218, IPC C12Q 1/68, publ. 04.24.2014), including: obtaining a sample from an individual suspected of having cancer ; hydrolysis of highly purified genomic DNA from the studied biomaterial using bisulfite DNA conversion; determining the presence or absence of a high level of gene expression (determining the methylation level of the regulatory regions of tumor markers using digital PCR) in relation to the normal basic standard for one diagnostic panel, including the following biomarkers: TFPI2, THBD, C9ORF50, ADHFE1, FGF12, PTPRT, ZNF568 , KIAA1026, SFMBT2, and / or AUTS2; and diagnosing cancer with a high level of expression relative to the normal baseline standard of at least one biomarker.
Недостатком известных аналогов и прототипа является использование бисульфитной конверсии ДНК, для которой характерны трудоемкость, дороговизна исследования и значительные затраты времени, а также деградация и значительные потери нуклеиновых кислот, что ведет к снижению точности и делает проблематичным анализ малого количества материала.A disadvantage of the known analogues and prototype is the use of bisulfite DNA conversion, which is characterized by laboriousness, high cost of research and significant time, as well as degradation and significant loss of nucleic acids, which leads to a decrease in accuracy and makes it difficult to analyze a small amount of material.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение и повышение точности способа определения метилирования сайтов PuCGPy регуляторных областей генов-онкомаркеров колоректального рака и расширение его функциональных возможностей.The technical result of the invention is to simplify and improve the accuracy of the method for determining the methylation of PuCGPy sites of regulatory regions of tumor markers of colorectal cancer and the expansion of its functionality.
Указанный технический результат достигается тем, что способ определения метилирования сайтов PuCGPy регуляторных областей генов-онкомаркеров колоректального рака методом GLAD-ПЦР-анализа, согласно изобретения, включает биоинформационный анализ предшествующих публикаций о генах-онкомаркерах колоректального рака. Отбор генов-онкомаркеров колоректального рака при биоинформационном анализе осуществляют путем рассмотрения нуклеотидных последовательностей предположительных регуляторных участков этих генов, выявление располагающихся в них CpG-островков, анализ первичной структуры CpG-островков и их соответствие следующим критериям выбора:The specified technical result is achieved in that a method for determining methylation of PuCGPy sites of regulatory regions of colorectal cancer tumor marker genes by GLAD-PCR analysis, according to the invention, includes bioinformation analysis of previous publications on colorectal cancer tumor marker genes. The selection of tumor markers for colorectal cancer during bioinformation analysis is carried out by examining the nucleotide sequences of the putative regulatory regions of these genes, identifying the CpG islands located in them, analyzing the primary structure of the CpG islands and their compliance with the following selection criteria:
- наличие данных из опубликованных работ, показывающих высокую частоту метилирования регуляторного участка гена в исследованных выборках образцов ДНК от больных колоректальным раком при низкой частоте метилирования данного участка у здоровых доноров или в прилегающих нормальных тканях толстой и прямой кишки онкопациентов;- the availability of data from published works showing a high frequency of methylation of the regulatory region of the gene in the studied samples of DNA samples from patients with colorectal cancer with a low frequency of methylation of this region in healthy donors or in adjacent normal tissues of the colon and rectum of cancer patients;
- присутствие CpG-островка в области начала гена или в районе точки старта кодирования альтернативной изоформы белка - продукта гена;- the presence of a CpG island in the region of the beginning of the gene or in the region of the coding start point of the alternative protein isoform - the gene product;
- присутствие потенциального сайта узнавания эндонуклеазы GlaI (PuCGPy) в нуклеотидной последовательности на выбранном участке;- the presence of a potential GlaI endonuclease recognition site (PuCGPy) in the nucleotide sequence at a selected site;
- достаточное расстояние (50 п. н. и более) между двумя потенциальными сайтами узнавания эндонуклеазы GlaI для одновременного отжига на этом участке флуоресцентно-меченого зонда и геномного праймера и возможность подбора для этого участка праймера и зонда, не подверженных теоретической кросс-гибридизации между собой и с последовательностью адаптера;- a sufficient distance (50 bp or more) between the two potential recognition sites of the GlaI endonuclease for simultaneous annealing of the fluorescently labeled probe and the genomic primer in this region and the possibility of selecting primers and probes for this region that are not subject to theoretical cross hybridization and with the adapter sequence;
- значение G+C состава на кандидатном участке, не превышающее 80%;- the value of G + C of the composition on the candidate site, not exceeding 80%;
- уникальность нуклеотидной последовательности кандидатного участка анализа (невхождение его в число повторяющихся элементов генома).- the uniqueness of the nucleotide sequence of the candidate site of analysis (non-inclusion in the number of repeating elements of the genome).
Окончательно отбирают гены, метилирование регуляторных областей которых имеют наибольшую частоту метилирования в ДНК клеток колоректального рака, с учетом возможности выявления метилирования гена на ранних стадиях заболевания и формируют панель из следующих генов-кандидатов в эпигенетические маркеры колоректального рака: CNRIP1, ELMO1, ESR1, FBN1, RXRg, RYR2, SEPT9b, SOCS3 и UCHL1. Далее осуществляют гидролиз высокоочищенной геномной ДНК из исследуемого биоматериала метилзависимой сайт-специфической ДНК-эндонуклеазой GlaI, лигирование универсального олигонуклеотидного адаптера с последующей амплификацией в реальном времени с использованием геномных праймеров и зондов, комплементарных последовательностям регуляторных областей генов CNRIP1, ELMO1, ESR1, FBN1, RXRg, RYR2, SEPT9b, SOCS3 и UCHL1 в исследуемой ДНК, и гибридных праймеров, 3′-концы которых комплементарны 5′-концам ДНК в заданных местах гидролиза GlaI, а оставшаяся часть комплементарна адаптерной последовательности, и делают заключение о наличии последовательности Pu(5mC)GPy (где 5mC - 5-метилцитозин, Pu - A или G, Py - T или C) в регуляторных областях генов CNRIP1, ELMO1, ESR1, FBN1, RXRg, RYR2, SEPT9b, SOCS3 и UCHL1 по появлению флуоресцентного сигнала. В качестве адаптерной последовательности используют универсальный олигонуклеотидный адаптер 5′-CCTGCTCTTTCATCG-3′/3′-p-GGACGAGAAAGTAGC-p-5′, где p - фосфат. Праймеры и зонды содержат последовательности, которые имеют структуру, представленную в независимом п. 3 формулы изобретения.Finally, genes are selected whose methylation of regulatory regions has the highest frequency of methylation in the DNA of colorectal cancer cells, taking into account the possibility of detecting gene methylation in the early stages of the disease and form a panel of the following candidate genes for epigenetic markers of colorectal cancer: CNRIP1, ELMO1, ESR1, FBN1, RXRg, RYR2, SEPT9b, SOCS3 and UCHL1. Next, hydrolysis of highly purified genomic DNA from the studied biomaterial of methyl-dependent site-specific DNA endonuclease GlaI, ligation of the universal oligonucleotide adapter with subsequent amplification in real time using genomic primers and probes, complementary to the sequences of regulatory regions of the genes CNRIP1, ELRX1, RRX1, ELMX1, RMR1 ELRO1, ELRO1, ELMO1 RYR2, SEPT9b, SOCS3 and UCHL1 in the studied DNA, and hybrid primers, the 3′-ends of which are complementary to the 5′-ends of the DNA at the given GlaI hydrolysis sites, and the rest of the comple isentral to the adapter sequence, and conclude that the sequence Pu (5mC) GPy (where 5mC is 5-methylcytosine, Pu is A or G, Py is T or C) in the regulatory regions of the CNRIP1, ELMO1, ESR1, FBN1, RXRg, RYR2 genes , SEPT9b, SOCS3, and UCHL1 for the appearance of a fluorescent signal. The universal oligonucleotide adapter 5′-CCTGCTCTTTCATCG-3 ′ / 3′-p-GGACGAGAAAGTAGC-p-5 ′, where p is phosphate, is used as the adapter sequence. Primers and probes contain sequences that have the structure represented in independent claim 3 of the claims.
Указанный технический результат достигается также созданием набора олигонуклеотидных праймеров и флуоресцентно-меченых зондов для идентификации злокачественного поражения толстого кишечника и прямой кишки посредством анализа в образцах ДНК метилирования сайтов PuCGPy в заданных положениях регуляторных областей генов-онкомаркеров методом GLAD-ПЦР (независимый п. 3 формулы изобретения), имеющих следующую структуру:The indicated technical result is also achieved by creating a set of oligonucleotide primers and fluorescently-labeled probes to identify malignant lesions of the colon and rectum by analyzing PuCGPy sites in DNA samples of methylation sites of regulatory regions of tumor markers by GLAD-PCR (independent claim 3 of the claims ) having the following structure:
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена CNRIP1 (5`→3`):- for specific primers and probe on the plot of the regulatory region of the CNRIP1 gene (5` → 3`):
CNRIP1_g GCCAGACCCTCGCCCAGACACNRIP1_g GCCAGACCCTCGCCCAGACA
CNRIP1_z FAM-CGAGGCCCGGCAGGTCCCCC-BHQ1CNRIP1_z FAM-CGAGGCCCGGCAGGTCCCCC-BHQ1
CNRIP1_h CCTGCTCTTTCATCGGCGA;CNRIP1_h CCTGCTCTTTCATCGGCGA;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена ELMO1 (5`→3`):- for specific primers and probe on the plot of the regulatory region of the ELMO1 gene (5` → 3`):
ELMO1_g GGGTCGCCGGAGCTCTGAELMO1_g GGGTCGCCGGAGCTCTGA
ELMO1_z FAM-AACCCTTGCCGCTGCTGTCCTGC-BHQ1ELMO1_z FAM-AACCCTTGCCGCTGCTGTCCTGC-BHQ1
ELMO1_h CCTGCTCTTTCATCGGCCG;ELMO1_h CCTGCTCTTTCATCGGCCG;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена ESR1 (5`→3`):- for specific primers and probe on the site of the regulatory region of the ESR1 gene (5` → 3`):
ESR1_g CGCAGGGCAGAAGGCTCAGAAESR1_g CGCAGGGCAGAAGGCTCAGAA
ESR1_z FAM-TGCTCTTTTTCCAGGTGGCCCGCC-BHQ1ESR1_z FAM-TGCTCTTTTTTCCAGGTGGCCCGCC-BHQ1
ESR1_h CCTGCTCTTTCATCGGTGT;ESR1_h CCTGCTCTTTCATCGGTGT;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена FBN1 (5`→3`):- for specific primers and probe on the regulatory region of the FBN1 gene (5` → 3`):
FBN1_g GTAGCGGCCACGACTGGGAFBN1_g GTAGCGGCCACGACTGGGA
FBN1_z FAM-CAGCCGCCGCCGCCTCCTC-BHQ1FBN1_z FAM-CAGCCGCCGCCGCCTCCTC-BHQ1
FBN1_h CCTGCTCTTTCATCGGCGG;FBN1_h CCTGCTCTTTCATCGGCGG;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена RXRg (5`→3`):- for specific primers and probe per region of the regulatory region of the RXRg gene (5` → 3`):
RXRg_g GCCGCCGTCACCGCTACTRXRg_g GCCGCCGTCACCGCTACT
RXRg_z FAM-CCACCGCCGTCGCTGCTGC-BHQ1RXRg_z FAM-CCACCGCCGTCGCTGCTGC-BHQ1
RXRg_h CCTGCTCTTTCATCGGCCG;RXRg_h CCTGCTCTTTCATCGGCCG;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена RYR2 (5`→3`):- for specific primers and probe per region of the regulatory region of the RYR2 gene (5` → 3`):
RYR2_g GGGGACCACGGAGGCGACTRYR2_g GGGGACCACGGAGGCGACT
RYR2_z FAM-TTTCCCCCAAGTCAAGGTGCTGCGAAA-BHQ1RYR2_z FAM-TTTCCCCCAAGTCAAGGTGCTGCGAAA-BHQ1
RYR2_h CCTGCTCTTTCATCGGCGT;RYR2_h CCTGCTCTTTCATCGGCGT;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена SEPT9b (5`→3`):- for specific primers and probe on the plot of the regulatory region of the SEPT9b gene (5` → 3`):
SEPT9b_g GCAGGAGGCTGTATTTGGGSEPT9b_g GCAGGAGGCTGTATTTGGG
SEPT9b_z FAM-AGCCAAACAAAGTTCTCTGTCACCGCC-BHQ1SEPT9b_z FAM-AGCCAAACAAAGTTCTCTGTCACCGCC-BHQ1
SEPT9b_h CCTGCTCTTTCATCGGCGG;SEPT9b_h CCTGCTCTTTCATCGGCGG;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена SOCS3 (5`→3`):- for specific primers and probe on the regulatory region of the SOCS3 gene (5` → 3`):
SOCS3_g CAGTCCCGGGGGCCCTTCTSOCS3_g CAGTCCCGGGGGCCCTTCT
SOCS3_z FAM-TGCTCCCCACCCGGCCACACTCC-BHQ1SOCS3_z FAM-TGCTCCCCACCCGGCCACACTACTCC-BHQ1
SOCS3_h CCTGCTCTTTCATCGGCGG;SOCS3_h CCTGCTCTTTCATCGGCGG;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена UCHL1 (5`→3`):- for specific primers and probe per region of the regulatory region of the UCHL1 gene (5` → 3`):
UCHL1_g GCAGAACCAAGCGAGGGGGAAUCHL1_g GCAGAACCAAGCGAGGGGGGAA
UCHL1_z FAM-CGTACCCATCTGGCCGCGACCGTC-BHQ1UCHL1_z FAM-CGTACCCATCTGGCCGCGACCGTC-BHQ1
UCHL1_h CCTGCTCTTTCATCGGCTG,UCHL1_h CCTGCTCTTTCATCGGCTG,
где g - геномный праймер (genome); z - флуоресцентно-меченый зонд (zond); h - гибридный праймер (hybrid); FAM - флуоресцеин; BHQ1 - гаситель флуоресценции (Black Hole Quencher 1).where g is the genomic primer (genome); z — fluorescently-labeled probe ( z ond); h is a hybrid primer ( h ybrid); FAM - fluorescein; BHQ1 - fluorescence quencher (Black Hole Quencher 1).
Учет результатов анализа проводится методом гибридизационно-флуоресцентной детекции продуктов ПЦР-амплификации в режиме реального времени.The analysis results are taken into account by the method of hybridization-fluorescence detection of PCR amplification products in real time.
Изобретение иллюстрируется следующим графическим материалом.The invention is illustrated by the following graphic material.
На фиг. 1 приведены данные анализа статуса метилирования сайтов PuCGPy на участке регуляторной области гена RYR2. На панели А представлен фрагмент нуклеотидной последовательности; показаны участки связывания геномного праймера, зонда и геном-специфичных 3′-тетрануклеотидов гибридных праймеров. На панели Б приведены кривые накопления флуоресценции в ходе ПЦР с использованием семи различных гибридных праймеров. Заглавными буквами «GCGT» обозначен выбранный гибридный праймер, соответствующий точке гидролиза ДНК по наиболее часто метилированному седьмому сайту PuCGPy в ампликоне.In FIG. Figure 1 shows the analysis of the methylation status of PuCGPy sites in the regulatory region of the RYR2 gene. Panel A shows a fragment of the nucleotide sequence; shows the binding sites of the genomic primer, probe and genome-specific 3′-tetranucleotides of hybrid primers. Panel B shows the fluorescence accumulation curves during PCR using seven different hybrid primers. Capital letters “GCGT” indicate the selected hybrid primer corresponding to the point of DNA hydrolysis at the most frequently methylated seventh PuCGPy site in the amplicon.
Сущность изобретения поясняется следующими примерами 1-3, реализующими способ определения метилирования сайтов PuCGPy регуляторных областей генов-онкомаркеров колоректального рака методом GLAD-ПЦР-анализа, а также состав олигонуклеотидных праймеров и флуоресцентно-меченых зондов для осуществления указанного способа.The invention is illustrated by the following examples 1-3, which implements a method for determining methylation of PuCGPy sites of regulatory regions of colorectal cancer tumor markers by GLAD-PCR analysis, as well as the composition of oligonucleotide primers and fluorescently-labeled probes for implementing this method.
Пример 1. Разработка специфических праймеров и флуоресцентно-меченых зондов на участки CpG-островков регуляторных областей генов-онкомаркеров колоректального рака.Example 1. The development of specific primers and fluorescently-labeled probes on the sites of CpG islands of regulatory regions of tumor markers of colorectal cancer.
Изучение опубликованных в литературе данных по метилированию генов при онкопатологиях нижних отделов кишечника, данных RRBS-секвенирования (Reduced Representation Bisulfite Sequencing, бисульфитное секвенирование ограниченных выборок локусов) в проекте ENCODE/HudsonAlpha и последующий биоинформационный анализ нуклеотидных последовательностей регуляторных участков описанных ранее генов позволил выбрать кандидатную комбинацию участков CpG-островков регуляторных областей генов-онкомаркеров колоректального рака, удовлетворяющих критериям анализа методом GLAD-ПЦР (табл. 1).The study of published data on gene methylation in oncopathology of the lower intestine, RRBS sequencing data (Reduced Representation Bisulfite Sequencing, bisulfite sequencing of limited samples of loci) in the ENCODE / HudsonAlpha project and subsequent bioinformation analysis of the nucleotide sequences of the candidate gene sequences plots of CpG islands of regulatory regions of colorectal cancer tumor marker genes that meet the criteria for analysis by GLAD-PCR ( ablation. 1).
На первом этапе работы был проведен анализ литературных данных последних лет по метилированию генов при онкопатологиях нижних отделов кишечника, данных RRBS-секвенирования (Reduced Representation Bisulfite Sequencing, бисульфитное секвенирование ограниченных выборок локусов) в проекте ENCODE/HudsonAlpha и сформирован список из 57 генов-онкомаркеров, метилирование которых происходит с высокой частотой в ДНК клеток колоректального рака. Этот список включает в себя следующие гены: SEPT9, SYNE1, FGF12, GAD2, HAND1, CACNA1G, CNRIP1, TLX2, LOX, LAMA1, GAS7, SLC6A15, BOLL, TFPI2, SOCS3, TRH, MDFI, C1orf70, RUNX3, TMEFF2, SFRP2, WNT5A, IGFBP7, TFPI2, FOXE1, NPY, WIF1, CIDEB, RIC3, KCNQ5, COL4A1, SPG20, SND1, PENK, CDO1, THBD, EDIL3, DUSP26, UCHL1, STOX2, ELMO1, SLC30A10, IGF2, ESR1, EYA4, NALCN, FLI1, RXRg, RYR2, PRKAR1B, BEND5, ITGA4, ADHFE1, NGFR, GATA4, NEYROG1, FBN1. При выборе генов для данного списка учитывалось также количество проанализированных проб в описанных авторами статей экспериментах, так как достоверные данные могут быть получены лишь при большом числе образцов ДНК в выборке. Большое значение также придавалось такому описанному авторами работ свойству, как возможность выявления метилирования гена на ранних стадиях заболевания, хотя, к сожалению, число публикаций, в которых рассматривалась зависимость метилирования гена от стадии онкопатологии, очень незначительно.At the first stage of the work, the literature data of recent years on gene methylation in oncopathology of the lower intestine, RRBS sequencing (Reduced Representation Bisulfite Sequencing, bisulfite sequencing of limited locus samples) were analyzed in the ENCODE / HudsonAlpha project and a list of 57 genes was compiled. which methylation occurs with high frequency in the DNA of colorectal cancer cells. This list includes the following genes: SEPT9, SYNE1, FGF12, GAD2, HAND1, CACNA1G, CNRIP1, TLX2, LOX, LAMA1, GAS7, SLC6A15, BOLL, TFPI2, SOCS3, TRH, MDFI, C1orf70, RUNX3, TMPFF WNT5A, IGFBP7, TFPI2, FOXE1, NPY, WIF1, CIDEB, RIC3, KCNQ5, COL4A1, SPG20, SND1, PENK, CDO1, THBD, EDIL3, DUSP26, UCHL1, STOX2, ELMO1, SLC2AL, ESLAAL10 FLI1, RXRg, RYR2, PRKAR1B, BEND5, ITGA4, ADHFE1, NGFR, GATA4, NEYROG1, FBN1. When choosing genes for this list, the number of analyzed samples in the experiments described by the authors of the articles was also taken into account, since reliable data can be obtained only with a large number of DNA samples in the sample. Great importance was also attached to such a property described by the authors as the possibility of detecting gene methylation in the early stages of the disease, although, unfortunately, the number of publications that examined the dependence of gene methylation on the stage of oncopathology is very small.
На втором этапе работы были рассмотрены нуклеотидные последовательности предположительных регуляторных участков этих 57 генов и выявлены CpG-островки, располагающиеся в них. Первичные структуры CpG-островков были проанализированы на их соответствие критериям выбора: At the second stage of the work, the nucleotide sequences of the putative regulatory regions of these 57 genes were examined and the CpG islands located in them were identified. The primary structures of CpG islands were analyzed for their compliance with the selection criteria:
1) Наличие данных из опубликованных работ, показывающих высокую частоту метилирования регуляторного участка гена в исследованных выборках образцов ДНК от больных колоректальным раком при низкой частоте метилирования данного участка у здоровых доноров или в прилегающих нормальных тканях толстой и прямой кишки онкопациентов.1) The availability of data from published works showing a high frequency of methylation of the regulatory region of a gene in the studied samples of DNA samples from patients with colorectal cancer with a low frequency of methylation of this region in healthy donors or in adjacent normal tissues of the colon and rectum of cancer patients.
2) Присутствие CpG-островка в области начала гена (или в районе точки старта кодирования альтернативной изоформы белка - продукта гена), что в большинстве случаев служит свидетельством регуляции активности данного гена путем метилирования этой области.2) The presence of a CpG island in the region of the beginning of the gene (or in the region of the coding start point of an alternative protein isoform — the gene product), which in most cases is evidence of the regulation of the activity of this gene by methylation of this region.
3) Присутствие потенциального сайта узнавания эндонуклеазы GlaI (PuCGPy) в нуклеотидной последовательности на выбранном участке.3) The presence of a potential GlaI endonuclease recognition site (PuCGPy) in a nucleotide sequence at a selected site.
4) Достаточное расстояние (50 п. н. и более) между двумя потенциальными сайтами узнавания эндонуклеазы GlaI для одновременного отжига на этом участке флуоресцентно-меченого зонда и геномного праймера и возможность подбора для этого участка праймера и зонда, не подверженных теоретической кросс-гибридизации между собой и с последовательностью адаптера.4) A sufficient distance (50 bp or more) between two potential GlaI endonuclease recognition sites for simultaneous annealing of a fluorescently labeled probe and a genomic primer in this region and the possibility of selecting a primer and probe for this region that are not subject to theoretical cross-hybridization between by itself and with the adapter sequence.
5) Значение G+C состава на кандидатном участке, не превышающее 80%, что вызвано ограничениями системы амплификации ДНК in vitro, в которой используется HotStart Taq ДНК-полимераза.5) The G + C value of the composition on the candidate site does not exceed 80%, which is caused by the limitations of the in vitro DNA amplification system, which uses HotStart Taq DNA polymerase.
6) Уникальность нуклеотидной последовательности кандидатного участка анализа (невхождение его в число повторяющихся элементов генома) во избежание неспецифического отжига подобранного геномного праймера в других областях генома, что может привести к значительному снижению эффективности амплификации и затруднению детекции результатов при проведении ПЦР в реальном времени.6) The uniqueness of the nucleotide sequence of the candidate region of the analysis (its non-inclusion in the number of repetitive elements of the genome) in order to avoid nonspecific annealing of the selected genomic primer in other regions of the genome, which can lead to a significant decrease in the amplification efficiency and difficulty in detecting the results during real-time PCR.
В результате проведенного биоинформационного анализа регуляторных участков каждого из перечисленных генов для проведения экспериментального исследования были отобраны 9 областей из данных участков (табл. 1), которые удовлетворяют всем требуемым критериям проведения анализа с помощью метода GLAD-ПЦР, и подобраны специфические праймеры и зонды на выбранные участки регуляторных областей генов-онкомаркеров (табл. 2).As a result of the bioinformation analysis of the regulatory regions of each of the listed genes, 9 regions from these regions (Table 1) that satisfy all the required criteria for the analysis using the GLAD-PCR method were selected and specific primers and probes for the selected areas of regulatory regions of tumor markers (Table 2).
Таблица 1Table 1
Участки регуляторных областей генов-онкомаркеров перспективные для GLAD-ПЦР-анализаRegulatory regions of tumor markers are promising for GLAD-PCR analysis
Используемые в работе последовательности регуляторных участков генов по версии генома человека GRCh37/hg19 были получены из международной базы данных GenBank. Для анализа и расчетов праймеров и зондов, изучения их специфичности использовали семейство компьютерных программ Vector NTI 11.5 (Invitrogen, США) и онлайн интернет-ресурсы базы данных Национального центра биотехнологической информации США (Blast NCBI, http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi).The sequences of regulatory regions of genes used in the work according to the human genome GRCh37 / hg19 were obtained from the international GenBank database. To analyze and calculate primers and probes, to study their specificity, we used the Vector NTI 11.5 family of computer programs (Invitrogen, USA) and the US National Biotechnology Information Center database online resources (Blast NCBI, http: //blast.ncbi.nlm.nih .gov / Blast.cgi).
Таблица 2table 2
Специфические праймеры и зонды на участки регуляторных областей генов-онкомаркеровSpecific primers and probes on regions of regulatory regions of tumor markers
CNRIP1_z FAM-CGAGGCCCGGCAGGTCCCCC-BHQ1
CNRIP1_ih CGTCATTAGGCTGGATGCGCACNRIP1_g GCCAGACCCTCGCCCAGACA
CNRIP1_z FAM-CGAGGCCCGGCAGGTCCCCC-BHQ1
CNRIP1_ih CGTCATTAGGCTGGATGCGCA
ELMO1_z FAM-AACCCTTGCCGCTGCTGTCCTGC-BHQ1
ELMO1_ih CGCCAGCCCAGGAAACTTTACELMO1_g GGGTCGCCGGAGCTCTGA
ELMO1_z FAM-AACCCTTGCCGCTGCTGTCCTGC-BHQ1
ELMO1_ih CGCCAGCCCAGGAAACTTTAC
ESR1_z FAM-TGCTCTTTTTCCAGGTGGCCCGCC-BHQ1
ESR1_ih CGGGACATGCGCTGCGTCESR1_g CGCAGGGCAGAAGGCTCAGAA
ESR1_z FAM-TGCTCTTTTTTCCAGGTGGCCCGCC-BHQ1
ESR1_ih CGGGACATGCGCTGCGTC
FBN1_z FAM-CAGCCGCCGCCGCCTCCTC-BHQ1
FBN1_ih CCGGCTGCACCCACTGGA FBN1_g GTAGCGGCCACGACTGGGA
FBN1_z FAM-CAGCCGCCGCCGCCTCCTC-BHQ1
FBN1_ih CCGGCTGCACCCACTGGA
RXRg_z FAM-CCACCGCCGTCGCTGCTGC-BHQ1
RXRg_ih GTGCCACCCGGTAGGGACCRXRg_g GCCGCCGTCACCGCTACT
RXRg_z FAM-CCACCGCCGTCGCTGCTGC-BHQ1
RXRg_ih GTGCCACCCGGTAGGGACC
RYR2_z FAM-TTTCCCCCAAGTCAAGGTGCTGCGAAA-BHQ1
RYR2_ih CGGGGGTGATGGTGCAGGARYR2_g GGGGACCACGGAGGCGACT
RYR2_z FAM-TTTCCCCCAAGTCAAGGTGCTGCGAAA-BHQ1
RYR2_ih CGGGGGTGATGGTGCAGGA
SEPT9b_z FAM-AGCCAAACAAAGTTCTCTGTCACCGCC-BHQ1
SEPT9b_ih CGCTGCCGTTTAACCCTTGSEPT9b_g GCAGGAGGCTGTATTTGGG
SEPT9b_z FAM-AGCCAAACAAAGTTCTCTGTCACCGCC-BHQ1
SEPT9b_ih CGCTGCCGTTTAACCCTTG
SOCS3_z FAM-TGCTCCCCACCCGGCCACACTCC-BHQ1
SOCS3_ih CAAGGGCGCAGCGTGGGASOCS3_g CAGTCCCGGGGGCCCTTCT
SOCS3_z FAM-TGCTCCCCACCCGGCCACACTACTCC-BHQ1
SOCS3_ih CAAGGGCGCAGCGTGGGA
UCHL1_z FAM-CGTACCCATCTGGCCGCGACCGTC-BHQ1
UCHLl_ih GGGGCCCGGCCGTACCACUCHLl_g GCAGAACCAAGCGAGGGGGGAA
UCHL1_z FAM-CGTACCCATCTGGCCGCGACCGTC-BHQ1
UCHLl_ih GGGGCCCGGCCGTACCAC
*Примечание: g - геномный праймер; z - флуоресцентно-меченый зонд; ih - дополнительный геномный праймер (instead of hybrid), впоследствии заменяемый в GLAD-ПЦР гибридным праймером (пример 2); FAM - флуоресцеин; BHQ1 - гаситель флуоресценции (Black Hole Quencher 1).* Note: g - genomic primer; z — fluorescently-labeled probe; ih is an additional genomic primer (instead of hybrid), subsequently replaced by a hybrid primer in GLAD-PCR (example 2); FAM - fluorescein; BHQ1 - fluorescence quencher (Black Hole Quencher 1).
Реакцию ПЦР в режиме реального времени проводили в объеме 20 мкл в трех повторах на детектирующем амплификаторе CXF-96 («Bio-Rad», США) по универсальной для всех амплифицируемых участков программе: 95°С 3 мин, далее 5 циклов без детекции: 95°С 10 сек, 61°С 15 сек, 72°С 20 сек; затем 50 циклов с детекцией по каналу FAM на стадии отжига: 95°С 10 сек, 61°С 15 сек, 72°С 20 сек. Концентрации реакционных компонентов ПЦР были аналогичны указанным в примере 2. В экспериментах использовали лейкоцитарную ДНК здорового донора, полученную и очищенную, как описано ранее [Абдурашитов М.А. с соавт. Рестрикционный анализ ДНК человека - новые возможности в ДНК-диагностике. Медицинская генетика. 2007. - Т. 6. - С. 29-36]. Результаты амплификации соответствовали ожидаемым. Последовательности разработанных праймеров и зондов представлены в таблице 2. Впоследствии, при проведении GLAD-ПЦР, один из праймеров, обозначенный в таблице как «ih» (instead of hybrid), заменяли на отобранный гибридный праймер (пример 2).Real-time PCR was carried out in a volume of 20 μl in three repetitions on a CXF-96 detection amplifier (Bio-Rad, USA) according to a program universal for all amplified sections: 95 ° C for 3 min, then 5 cycles without detection: 95 ° C 10 s, 61 ° C 15 s, 72 ° C 20 s; then 50 cycles with detection through the FAM channel at the annealing stage: 95 ° C for 10 sec, 61 ° C for 15 sec, 72 ° C for 20 sec. The concentrations of the PCR reaction components were similar to those indicated in Example 2. In the experiments, healthy donor leukocyte DNA was obtained and purified as described previously [Abdurashitov MA et al. Restriction analysis of human DNA - new opportunities in DNA diagnostics. Medical genetics. 2007. - T. 6. - S. 29-36]. The amplification results were as expected. The sequences of the designed primers and probes are presented in table 2. Subsequently, when conducting GLAD-PCR, one of the primers, indicated in the table as “ih” (instead of hybrid), was replaced with a selected hybrid primer (example 2).
Пример 2. Поиск метилированных сайтов PuCGPy для GLAD-ПЦР-анализаExample 2. Search methylated sites PuCGPy for GLAD-PCR analysis
Изучен статус метилирования сайтов PuCGPy в пределах выбранных участков ДНК с целью выбора оптимальных сайтов для дальнейшего GLAD-ПЦР-анализа клинических образцов. Для поиска перспективных сайтов Pu(5mC)GPy в пределах выбранных для анализа участков регуляторных областей генов-онкомаркеров использовали препарат ДНК из клеток колоректального рака линии SW837 (линия клеток аденокарциномы ободочной кишки), выделенный известным методом [Sambrook J., Russel D. Molecular cloning: a laboratory manual. 3rd ed. - New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001. - 2222 p.]. Поиск проводили методом подбора гибридных праймеров под близлежащие сайты PuCGPy на протяжении не более 400 п. о. от положения геномного праймера. Использовали методологию, структуры олигонуклеотидного адаптера и гибридных праймеров согласно известному способу [Кузнецов В. В. с соавт. Способ определения нуклеотидной последовательности Pu(5mC)GPy в заданном положении протяженной ДНК // Патент РФ №2525710 С1, опубл. 20.08.2014, Бюл. № 23].The methylation status of PuCGPy sites within the selected DNA regions was studied in order to select the optimal sites for further GLAD-PCR analysis of clinical samples. To search for promising Pu (5mC) GPy sites within the selected regions of the regulatory regions of tumor markers, we used DNA preparation from colorectal cancer cells of the SW837 line (colon adenocarcinoma cell line), isolated by the known method [Sambrook J., Russel D. Molecular cloning : a laboratory manual. 3rd ed. - New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001. - 2222 p.]. The search was carried out by selecting hybrid primers for nearby PuCGPy sites for no more than 400 bp. from the position of the genomic primer. Used the methodology, the structure of the oligonucleotide adapter and hybrid primers according to the known method [Kuznetsov V. Century et al. The method for determining the nucleotide sequence of Pu (5mC) GPy in a given position of extended DNA // RF Patent No. 2525710 C1, publ. 08/20/2014, Bull. No. 23].
Структура гибридного праймера представляет собой 19-звенную последовательность следующего состава: 5′-CCTGCTCTTTCATCGgYNN-3′, где подчеркиванием выделена 15-звенная часть праймера, комплементарная универсальному олигонуклеотидному адаптеру, а gYNN - 4-звенник, комплементарный геномной последовательности в точке гидролиза ДНК метилзависимой эндонуклеазой GlaI. Данная структура предполагает 32 варианта гибридных праймеров, соответствующих различным точкам гидролиза ДНК по сайту Pu(5mC)GPy.The structure of the hybrid primer is a 19-link sequence of the following composition: 5′-CCTGCTCTTTCATCGgYNN-3 ′, where the 15-link part of the primer complementary to the universal oligonucleotide adapter is highlighted, and gYNN is a 4-link, complementary to the genomic sequence of the methylase GlaI. This structure implies 32 variants of hybrid primers corresponding to different points of DNA hydrolysis at the Pu (5mC) GPy site.
К 45 нг препарата ДНК добавляли метилзависимую сайт-специфическую ДНК-эндонуклеазу GlaI в количестве 1,5 е.а. и компоненты буфера для достижения следующего состава в объеме 21,7 мкл: 20 мМ Tris-SO4, pH 8.0, 4 мМ MgCl2, 1 мМ β-меркаптоэтанол, 100 нг/мкл БСА. Гидролиз проводили в течение 30 мин при 30°C с последующей инактивацией GlaI при 65°С в течение 20 мин.1.5 n.a. of methyl-dependent site-specific GlaI DNA endonuclease was added to 45 ng of the DNA preparation. and buffer components to achieve the following composition in a volume of 21.7 μl: 20 mM Tris-SO 4 , pH 8.0, 4 mM MgCl 2 , 1 mM β-mercaptoethanol, 100 ng / μl BSA. Hydrolysis was carried out for 30 min at 30 ° C, followed by inactivation of GlaI at 65 ° C for 20 min.
Далее в к GlaI-гидролизату добавляли АТФ до конечной концентрации 0,5 мМ, β-меркаптоэтанол до 6,8 мМ, универсальный олигонуклеотидный адаптер 5′-CCTGCTCTTTCATCG-3′/3′-p-GGACGAGAAAGTAGC-p-5′, до конечной концентрации 0,5 мкМ и 1000 е.а. высокоактивной T4 ДНК-лигазы. Реакцию лигирования адаптера проводили в 30 мкл реакционной смеси в течение 15 мин при 25°С, затем лигазу термоинактивировали при 65°С в течение 20 мин.Then, ATP was added to the GlaI hydrolyzate to a final concentration of 0.5 mM, β-mercaptoethanol to 6.8 mM, the universal oligonucleotide adapter 5′-CCTGCTCTTTCATCG-3 ′ / 3′-p-GGACGAGAAAGTAGC-p-5 ′, to the final concentrations of 0.5 μM and 1000 ea highly active T4 DNA ligase. The adapter ligation reaction was carried out in 30 μl of the reaction mixture for 15 min at 25 ° С, then the ligase was thermally inactivated at 65 ° С for 20 min.
Для проведения ПЦР в режиме реального времени к лигазной смеси добавляли следующие компоненты до достижения итоговых концентраций в конечном объеме, равном 60 мкл: 50 мМ Tris-SO4, pH 9,0, 30 мМ KCl, 10 мМ сульфата аммония, 3 мМ MgCl2, 0,2 мМ смеси дезоксирибонуклеозидтрифосфатов, 0,01 % Tween-20, смесь геномного праймера, гибридного праймера и зонда по 0,4 мкМ каждого и 0,05 е.а./мкл Hot Start ДНК-полимеразы. Для повышения эффективности амплификации GC-богатых участков ДНК использовали стабилизатор. Полученную реакционную смесь (60 мкл) разделяли на три равные части.For real-time PCR, the following components were added to the ligase mixture until the final concentrations were reached in a final volume of 60 μl: 50 mM Tris-SO 4 , pH 9.0, 30 mM KCl, 10 mM ammonium sulfate, 3 mM MgCl 2 , 0.2 mm mixture of deoxyribonucleoside triphosphates, 0.01% Tween-20, a mixture of genomic primer, hybrid primer and probe of 0.4 μm each and 0.05 EA / μl Hot Start DNA polymerase. To increase the amplification efficiency of GC-rich DNA regions, a stabilizer was used. The resulting reaction mixture (60 μl) was divided into three equal parts.
Таблица 3Table 3
Результаты поиска сайтов PuCGPy, перспективных для GLAD-ПЦР-анализаSearch Results for PuCGPy Sites Promising GLAD-PCR Analysis
(обозначение)Hybrid primer
(designation)
(CNRIP1_h)CCTGCTCTTTCATCGGCGA
(CNRIP1_h)
(ELMO1_h)CCTGCTCTTTCATCGGCCG
(ELMO1_h)
(ESR1_h)CCTGCTCTTTCATCGGTGT
(ESR1_h)
(FBN1_h)CCTGCTCTTTCATCGGCGG
(FBN1_h)
(RXRg_h)CCTGCTCTTTCATCGGCCG
(RXRg_h)
(RYR2_h)CCTGCTCTTTCATCGGCGT
(RYR2_h)
(SEPT9b_h)CCTGCTCTTTCATCGGCGG
(SEPT9b_h)
(SOCS3_h)CCTGCTCTTTCATCGGCGG
(SOCS3_h)
(UCHL1_h)CCTGCTCTTTCATCGGCTG
(UCHL1_h)
*Примечание: h - обозначает гибридный праймер (hybrid); подчеркиванием выделена 15-звенная часть праймера, комплементарная универсальному олигонуклеотидному адаптеру.* Note: h - stands for hybrid primer (hybrid); underlining highlighted 15-link part of the primer, complementary to the universal oligonucleotide adapter.
Реакцию ПЦР в режиме реального времени проводили в объеме 20 мкл в трех повторах на детектирующем амплификаторе CXF-96 («Bio-Rad», США) по программе: 95°С 3 мин, далее 5 циклов без детекции: 95°С 10 сек, 61°С 15 сек, 72°С 20 сек; затем 50 циклов с детекцией (канал FAM) на стадии отжига: 95°С 10 сек, 61°С 15 сек, 72°С 20 сек. Результаты анализировали при помощи программного обеспечения амплификатора CXF-96 и интерпретировали на основании наличия (или отсутствия) пересечения кривых флуоресценции образцов с пороговыми линиями, что соответствовало наличию или отсутствию значения порогового цикла «Cq» в соответствующей графе таблицы результатов программы амплификатора.Real-time PCR reaction was carried out in a volume of 20 μl in three repetitions on a CXF-96 detection amplifier (Bio-Rad, USA) according to the program: 95 ° C for 3 min, then 5 cycles without detection: 95 ° C for 10 sec, 61 ° C 15 sec; 72 °
На фиг. 1 представлен пример поиска наиболее часто метилированного сайта PuCGPy на выбранном участке регуляторной области гена RYR2. Как видно из фиг. 1, таким оказался седьмой сайт в ампликоне, которому соответствует гибридный праймер 5′-CCTGCTCTTTCATCGGCGT-3′.In FIG. Figure 1 shows an example of a search for the most frequently methylated PuCGPy site in a selected region of the regulatory region of the RYR2 gene. As can be seen from FIG. 1, this turned out to be the seventh site in the amplicon, which corresponds to the hybrid primer 5′-CCTGCTCTTTCATCGGCGT-3 ′.
Результаты поиска сайтов Pu(5mC)GPy в участках CpG-островков регуляторных областей генов-онкомаркеров суммированы в таблице 3.The search results for Pu (5mC) GPy sites in the regions of CpG islands of the regulatory regions of tumor markers are summarized in Table 3.
Пример 3. GLAD-ПЦР-анализ статуса метилирования генов-онкомаркеров колоректального ракаExample 3. GLAD-PCR analysis of methylation status of tumor markers of colorectal cancer
Образцы операционного материала опухолей (n = 13), нормальной слизистой кишечника (n = 4) и эндоскопических проб (n = 2) от больных колоректальным раком были получены из ФГУП Северский биофизический научный центр ФМБА России (г. Северск, Томская обл., РФ). Для GLAD-ПЦР-анализа статуса метилирования сайтов PuCGPy в заданных положениях участка ДНК определенного гена использовали препараты геномных ДНК, выделенные из клинических образцов известным методом [Sambrook J., Russel D. Molecular cloning: a laboratory manual. 3rd ed. - New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001. - 2222 p.], прошедшие обработку РНК-азой А для очистки от примесей РНК и фрагментацию редкощепящей эндонуклеазой рестрикции TaqI для более полного гидролиза ДНК. Концентрации образцов ДНК (нг/мкл) определяли спектрофотометрически. Реакцию GLAD-ПЦР проводили, как описано в примере 2. В реакцию брали 9 нг ДНК, ПЦР проводили в трех повторах для каждого образца (по 3 нг ДНК, т.е. по ~103 копий генома на реакцию). Один из геномных праймеров в ПЦР заменяли на подобранный, как описано в примере 2, т.е. гибридный праймер.Samples of the surgical material of tumors (n = 13), normal intestinal mucosa (n = 4) and endoscopic samples (n = 2) from patients with colorectal cancer were obtained from the FSUE Seversky Biophysical Research Center of the FMBA of Russia (Seversk, Tomsk Region, Russian Federation ) For GLAD-PCR analysis of the methylation status of PuCGPy sites at specific positions of the DNA region of a specific gene, genomic DNA preparations isolated from clinical samples using a known method were used [Sambrook J., Russel D. Molecular cloning: a laboratory manual. 3rd ed. - New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2001. - 2222 p.], Which were treated with RNAse A to purify RNA impurities and fragmented with TaqI restriction restriction endonuclease for more complete DNA hydrolysis. The concentration of DNA samples (ng / μl) was determined spectrophotometrically. The GLAD-PCR reaction was carried out as described in Example 2. 9 ng DNA was taken into the reaction, PCR was carried out in three repetitions for each sample (3 ng DNA, i.e., ~ 10 3 copies of the genome per reaction). One of the genomic primers in PCR was replaced with a matched one, as described in example 2, i.e. hybrid primer.
Таблица 4Table 4
Результаты скрининга эпигенетических онкомаркеров методом GLAD-ПЦР на наличие метилирования, коррелирующего с колоректальным раком, в клинических образцахGLAD-PCR screening for epigenetic tumor markers for methylation correlating with colorectal cancer in clinical specimens
(100 %)fifteen
(one hundred %)
(93 %)fourteen
(93%)
(87 %)13
(87%)
(87 %)13
(87%)
(80 %)12
(80%)
(80 %)12
(80%)
(73 %)eleven
(73%)
(67 %)10
(67%)
(53 %)8
(53%)
*Примечания: «норм» - образцы интактной слизистой; «КРР» - образцы колоректального рака; «э КРР» - образцы, полученные при эндоскопическом обследовании больных колоректальным раком.* Notes: “norms” - samples of intact mucosa; "CRC" - samples of colorectal cancer; "E CRC" - samples obtained by endoscopic examination of patients with colorectal cancer.
Результаты проведенного скрининга представлены в таблице 4. Анализируемый образец считали положительным, когда кривая накопления флуоресценции имела характерную экспоненциальную фазу роста и среднее значение «Ct» для образца было меньше нижней границы диапазона значений пороговых циклов для 4-х образцов интактной слизистой (10-13 норм) на 1 и более цикл. Анализируемый образец считали отрицательным, если среднее значение «Ct» для образца попадало в диапазон значений пороговых циклов для образцов интактной слизистой, было больше или не определялось.The results of the screening are presented in table 4. The analyzed sample was considered positive when the fluorescence accumulation curve had a characteristic exponential growth phase and the average Ct value for the sample was less than the lower boundary of the range of threshold cycles for 4 samples of intact mucosa (10-13 norms ) for 1 or more cycles. The analyzed sample was considered negative if the average “Ct” value for the sample fell within the range of threshold cycle values for intact mucosa samples, was greater or not determined.
Как видно из таблицы 4, наиболее перспективными при GLAD-ПЦР-анализе клинических образцов колоректального рака оказались гены RYR2, CNRIP1, ESR1, FBN1, SOCS3 и UCHL1, метилирование регуляторных областей которых было выявлено в 80-100% исследованных образцов колоректального рака.As can be seen from table 4, the genes RYR2, CNRIP1, ESR1, FBN1, SOCS3 and UCHL1 turned out to be the most promising for GLAD-PCR analysis of clinical samples of colorectal cancer, methylation of whose regulatory regions was detected in 80-100% of the studied colorectal cancer samples.
Таким образом, в примере 3 показана возможность успешного применения метода GLAD-ПЦР для идентификации злокачественного поражения толстого кишечника и прямой кишки с использованием разработанного набора олигонуклеотидных праймеров и флуоресцентно-меченых зондов для анализа методом GLAD-ПЦР статуса метилирования заданных сайтов PuCGPy в регуляторных областях генов-онкомаркеров колоректального рака.Thus, Example 3 shows the possibility of successfully applying the GLAD-PCR method to identify malignant lesions of the colon and rectum using the developed set of oligonucleotide primers and fluorescently-labeled probes for GLAD-PCR analysis of methylation status of given PuCGPy sites in the regulatory regions of genes tumor markers of colorectal cancer.
Приложениеapplication
СПИСОК ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙLIST OF SEQUENCES
<110> Федеральное бюджетное учреждение науки «Государственный <110> Federal budget institution of science "State
научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор"» (ФБУН Scientific Center of Virology and Biotechnology "Vector" »(FBUN
ГНЦ ВБ "Вектор") SSC WB "Vector")
<120> Набор олигонуклеотидных праймеров и флуоресцентно-меченых зондов для идентификации злокачественного поражения толстого кишечника и прямой кишки посредством анализа в образцах ДНК метилирования сайтов PuCGPy в заданных положениях регуляторных областей генов CNRIP1, ELMO1, ESR1, FBN1, RXRg, RYR2, SEPT9b, SOCS3 и UCHL1 методом GLAD-ПЦР<120> A set of oligonucleotide primers and fluorescently-labeled probes for the identification of malignant lesions of the colon and rectum by analysis of PuCGPy sites in DNA methylation samples at the specified positions of the regulatory regions of the CNRIP1, ELMO1, ESR1, FBN1, RXRg, RY3, STR9, RYB2, RYR2, RYB2, UCHL1 by GLAD-PCR method
<210> 9<210> 9
<212> DNA<212> DNA
<213> Homo sapiens<213> Homo sapiens
<223> Последовательности для специфических праймеров и зондов на участки CpG-островков регуляторных областей генов-онкомаркеров CNRIP1, ELMO1, ESR1, FBN1, RXRg, RYR2, SEPT9b, SOCS3 и UCHL1<223> Sequences for specific primers and probes on sites of CpG islands of regulatory regions of tumor markers CNRIP1, ELMO1, ESR1, FBN1, RXRg, RYR2, SEPT9b, SOCS3 and UCHL1
<400> 1 для специфических праймеров и зонда на участки CpG-островков регуляторных областей гена-онкомаркера CNRIP1 (5`→3`):<400> 1 for specific primers and probe on the sites of CpG islands of regulatory regions of the CNRIP1 tumor marker gene (5` → 3`):
<400> 2 для специфических праймеров и зонда на участки CpG-островков регуляторных областей гена-онкомаркера ELMO1 (5`→3`):<400> 2 for specific primers and probe on the sites of CpG islands of regulatory regions of the ELMO1 tumor marker gene (5` → 3`):
<400> 3 для специфических праймеров и зонда на участки CpG-островков регуляторных областей гена-онкомаркера ESR1 (5`→3`):<400> 3 for specific primers and probe on the sites of CpG islands of regulatory regions of the tumor marker ESR1 (5` → 3`):
<400> 4 для специфических праймеров и зонда на участки CpG-островков регуляторных областей гена-онкомаркера FBN1 (5`→3`):<400> 4 for specific primers and probe on the sites of CpG islands of regulatory regions of the tumor marker gene FBN1 (5` → 3`):
<400> 5 для специфических праймеров и зонда на участки CpG-островков регуляторных областей гена-онкомаркера RXRg (5`→3`):<400> 5 for specific primers and probe on the sites of CpG islands of the regulatory regions of the tumor marker RXRg (5` → 3`):
<400> 6 для специфических праймеров и зонда на участки CpG-островков регуляторных областей гена-онкомаркера RYR2 (5`→3`):<400> 6 for specific primers and probe on the sites of CpG islands of regulatory regions of the tumor marker RYR2 (5` → 3`):
<400> 7 для специфических праймеров и зонда на участки CpG-островков регуляторных областей гена-онкомаркера SEPT9b (5`→3`):<400> 7 for specific primers and probe on the sites of CpG islands of regulatory regions of the tumor marker SEPT9b (5` → 3`):
<400> 8 для специфических праймеров и зонда на участки CpG-островков регуляторных областей гена-онкомаркера SOCS3 (5`→3`):<400> 8 for specific primers and probe for sites of CpG islands of regulatory regions of the SOCS3 gene tumor marker (5` → 3`):
<400> 9 для специфических праймеров и зонда на участки CpG-островков регуляторных областей гена-онкомаркера UCHL1 (5`→3`):<400> 9 for specific primers and probe on the sites of CpG islands of regulatory regions of the tumor marker UCHL1 (5` → 3`):
где g - геномный праймер (genome); z - флуоресцентно-меченый зонд (zond); h - гибридный праймер (hybrid); FAM - флуоресцеин; BHQ1 - гаситель флуоресценции (Black Hole Quencher 1).where g is the genomic primer (genome); z — fluorescently-labeled probe ( z ond); h is a hybrid primer ( h ybrid); FAM - fluorescein; BHQ1 - fluorescence quencher (Black Hole Quencher 1).
Claims (3)
- наличие данных из опубликованных работ, показывающих высокую частоту метилирования регуляторного участка гена в исследованных выборках образцов ДНК от больных колоректальным раком при низкой частоте метилирования данного участка у здоровых доноров или в прилегающих нормальных тканях толстой и прямой кишки онкопациентов;
- присутствие CpG-островка в области начала гена или в районе точки старта кодирования альтернативной изоформы белка - продукта гена;
- присутствие потенциального сайта узнавания эндонуклеазы GlaI (PuCGPy) в нуклеотидной последовательности на выбранном участке;
- достаточное расстояние (50 п.н. и более) между двумя потенциальными сайтами узнавания эндонуклеазы GlaI для одновременного отжига на этом участке флуоресцентно-меченого зонда и геномного праймера и возможность подбора для этого участка праймера и зонда, не подверженных теоретической кросс-гибридизации между собой и с последовательностью адаптера;
- значение G+C состава на кандидатном участке, не превышающее 80%;
- уникальность нуклеотидной последовательности кандидатного участка анализа (невхождение его в число повторяющихся элементов генома).2. The method according to p. 1, characterized in that the selection of tumor markers of colorectal cancer during bioinformation analysis is carried out by examining the nucleotide sequences of the regulatory regions of these genes, identifying the CpG islands located in them, analyzing the primary structure of the CpG islands and their compliance with the following criteria of choice:
- the availability of data from published works showing a high frequency of methylation of the regulatory region of the gene in the studied samples of DNA samples from patients with colorectal cancer with a low frequency of methylation of this region in healthy donors or in adjacent normal tissues of the colon and rectum of cancer patients;
- the presence of a CpG island in the region of the beginning of the gene or in the region of the coding start point of the alternative protein isoform - the gene product;
- the presence of a potential GlaI endonuclease recognition site (PuCGPy) in the nucleotide sequence at a selected site;
- a sufficient distance (50 bp or more) between the two potential recognition sites of the GlaI endonuclease for simultaneous annealing of the fluorescently labeled probe and the genomic primer in this region and the possibility of selecting primers and probes for this region that are not subject to theoretical cross hybridization and with the adapter sequence;
- the value of G + C composition on the candidate site, not exceeding 80%;
- the uniqueness of the nucleotide sequence of the candidate site of analysis (non-inclusion in the number of repeating elements of the genome).
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена CNRIP1 (5`→3`):
CNRIP1_g GCCAGACCCTCGCCCAGACA
CNRIP1_z FAM-CGAGGCCCGGCAGGTCCCCC-BHQ1
CNRIP1_h CCTGCTCTTTCATCGGCGA;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена ELMO1 (5`→3`):
ELMO1_g GGGTCGCCGGAGCTCTGA
ELMO1_z FAM-AACCCTTGCCGCTGCTGTCCTGC-BHQ1
ELMO1_h CCTGCTCTTTCATCGGCCG;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена ESR1 (5`→3`):
ESR1_g CGCAGGGCAGAAGGCTCAGAA
ESR1_z FAM-TGCTCTTTTTCCAGGTGGCCCGCC-BHQ1
ESR1_h CCTGCTCTTTCATCGGTGT;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена FBN1 (5`→3`):
FBN1_g GTAGCGGCCACGACTGGGA
FBN1_z FAM-CAGCCGCCGCCGCCTCCTC-BHQ1
FBN1_h CCTGCTCTTTCATCGGCGG;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена RXRg (5`→3`):
RXRg_g GCCGCCGTCACCGCTACT
RXRg_z FAM-CCACCGCCGTCGCTGCTGC-BHQ1
RXRg_h CCTGCTCTTTCATCGGCCG;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена RYR2 (5`→3`):
RYR2_g GGGGACCACGGAGGCGACT
RYR2_z FAM-TTTCCCCCAAGTCAAGGTGCTGCGAAA-BHQ1
RYR2_h CCTGCTCTTTCATCGGCGT;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена SEPT9b (5`→3`):
SEPT9b_g GCAGGAGGCTGTATTTGGG
SEPT9b_z FAM-AGCCAAACAAAGTTCTCTGTCACCGCC-BHQ1
SEPT9b_h CCTGCTCTTTCATCGGCGG;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена SOCS3 (5`→3`):
SOCS3_g CAGTCCCGGGGGCCCTTCT
SOCS3_z FAM-TGCTCCCCACCCGGCCACACTCC-BHQ1
SOCS3_h CCTGCTCTTTCATCGGCGG;
- для специфических праймеров и зонда на участок регуляторной области гена UCHL1 (5`→3`):
UCHLl_g GCAGAACCAAGCGAGGGGGAA
UCHL1_z FAM-CGTACCCATCTGGCCGCGACCGTC-BHQ1
UCHLl_h CCTGCTCTTTCATCGGCTG,
где g - геномный праймер (genome); z - флуоресцентно-меченый зонд (zond); h - гибридный праймер (hybrid); FAM - флуоресцеин; BHQ1 - гаситель флуоресценции (Black Hole Quencher 1). 3. A set of oligonucleotide primers and fluorescently-labeled probes for the identification of malignant lesions of the colon and rectum by analyzing PuCGPy sites in DNA methylation samples at specified positions in the regulatory regions of tumor markers by GLAD-PCR with the following structure:
- for specific primers and probe on the plot of the regulatory region of the CNRIP1 gene (5` → 3`):
CNRIP1_g GCCAGACCCTCGCCCAGACA
CNRIP1_z FAM-CGAGGCCCGGCAGGTCCCCC-BHQ1
CNRIP1_h CCTGCTCTTTCATCGGCGA;
- for specific primers and probe on the plot of the regulatory region of the ELMO1 gene (5` → 3`):
ELMO1_g GGGTCGCCGGAGCTCTGA
ELMO1_z FAM-AACCCTTGCCGCTGCTGTCCTGC-BHQ1
ELMO1_h CCTGCTCTTTCATCGGCCG;
- for specific primers and probe on the site of the regulatory region of the ESR1 gene (5` → 3`):
ESR1_g CGCAGGGCAGAAGGCTCAGAA
ESR1_z FAM-TGCTCTTTTTTCCAGGTGGCCCGCC-BHQ1
ESR1_h CCTGCTCTTTCATCGGTGT;
- for specific primers and probe on the regulatory region of the FBN1 gene (5` → 3`):
FBN1_g GTAGCGGCCACGACTGGGA
FBN1_z FAM-CAGCCGCCGCCGCCTCCTC-BHQ1
FBN1_h CCTGCTCTTTCATCGGCGG;
- for specific primers and probe per region of the regulatory region of the RXRg gene (5` → 3`):
RXRg_g GCCGCCGTCACCGCTACT
RXRg_z FAM-CCACCGCCGTCGCTGCTGC-BHQ1
RXRg_h CCTGCTCTTTCATCGGCCG;
- for specific primers and probe per region of the regulatory region of the RYR2 gene (5` → 3`):
RYR2_g GGGGACCACGGAGGCGACT
RYR2_z FAM-TTTCCCCCAAGTCAAGGTGCTGCGAAA-BHQ1
RYR2_h CCTGCTCTTTCATCGGCGT;
- for specific primers and probe on the plot of the regulatory region of the SEPT9b gene (5` → 3`):
SEPT9b_g GCAGGAGGCTGTATTTGGG
SEPT9b_z FAM-AGCCAAACAAAGTTCTCTGTCACCGCC-BHQ1
SEPT9b_h CCTGCTCTTTCATCGGCGG;
- for specific primers and probe on the regulatory region of the SOCS3 gene (5` → 3`):
SOCS3_g CAGTCCCGGGGGCCCTTCT
SOCS3_z FAM-TGCTCCCCACCCGGCCACACTACTCC-BHQ1
SOCS3_h CCTGCTCTTTCATCGGCGG;
- for specific primers and probe per region of the regulatory region of the UCHL1 gene (5` → 3`):
UCHLl_g GCAGAACCAAGCGAGGGGGGAA
UCHL1_z FAM-CGTACCCATCTGGCCGCGACCGTC-BHQ1
UCHLl_h CCTGCTCTTTCATCGGCTG,
where g is the genomic primer (genome); z — fluorescently-labeled probe (zond); h - hybrid primer (hybrid); FAM - fluorescein; BHQ1 - fluorescence quencher (Black Hole Quencher 1).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015129314/10A RU2596404C1 (en) | 2015-07-16 | 2015-07-16 | METHOD OF DETERMINING THE METHYLATION SITES PuCGPy REGULATORY REGIONS OF GENES-MARKERS OF COLORECTAL CANCER BY GLAD-PCR-ANALYSIS AND OLIGONUCLEOTIDE PRIMERS AND FLUORESCENT-LABELLED PROBES FOR REALISING SAID METHOD |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015129314/10A RU2596404C1 (en) | 2015-07-16 | 2015-07-16 | METHOD OF DETERMINING THE METHYLATION SITES PuCGPy REGULATORY REGIONS OF GENES-MARKERS OF COLORECTAL CANCER BY GLAD-PCR-ANALYSIS AND OLIGONUCLEOTIDE PRIMERS AND FLUORESCENT-LABELLED PROBES FOR REALISING SAID METHOD |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2596404C1 true RU2596404C1 (en) | 2016-09-10 |
Family
ID=56892864
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015129314/10A RU2596404C1 (en) | 2015-07-16 | 2015-07-16 | METHOD OF DETERMINING THE METHYLATION SITES PuCGPy REGULATORY REGIONS OF GENES-MARKERS OF COLORECTAL CANCER BY GLAD-PCR-ANALYSIS AND OLIGONUCLEOTIDE PRIMERS AND FLUORESCENT-LABELLED PROBES FOR REALISING SAID METHOD |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2596404C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2413773C1 (en) * | 2009-07-16 | 2011-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СибЭнзайм" | METHOD OF DETERMINING HYPERMETHYLATED CpG ISLANDS IN REGION OF SUPPRESSOR GENES OF TUMOUR GROWTH IN HUMAN DNA |
WO2014062218A1 (en) * | 2012-10-16 | 2014-04-24 | University Of Southern California | Colorectal cancer dna methylation markers |
RU2525710C1 (en) * | 2013-06-13 | 2014-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "СибЭнзайм" | METHOD OF DETERMINING NUCLEOTIDE SEQUENCE Pu(5mC)GPy AT PREDETERMINED POSITION OF LONG-DISTANCE DNA |
-
2015
- 2015-07-16 RU RU2015129314/10A patent/RU2596404C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2413773C1 (en) * | 2009-07-16 | 2011-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СибЭнзайм" | METHOD OF DETERMINING HYPERMETHYLATED CpG ISLANDS IN REGION OF SUPPRESSOR GENES OF TUMOUR GROWTH IN HUMAN DNA |
WO2014062218A1 (en) * | 2012-10-16 | 2014-04-24 | University Of Southern California | Colorectal cancer dna methylation markers |
RU2525710C1 (en) * | 2013-06-13 | 2014-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "СибЭнзайм" | METHOD OF DETERMINING NUCLEOTIDE SEQUENCE Pu(5mC)GPy AT PREDETERMINED POSITION OF LONG-DISTANCE DNA |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11473148B2 (en) | Methods of diagnosing bladder cancer | |
JP6369857B2 (en) | Method for obtaining information on hepatocellular carcinoma, and marker and kit for obtaining information on hepatocellular carcinoma | |
RU2630669C1 (en) | Method for determination of methylation of colorectal cancer tumor marker genes regulatory regions pucgpy sites by glad-pcr analysis, and set of oligonucleotide primers and fluorescence-labelled probes for implementation of this method | |
RU2700088C2 (en) | Methods of cancer screening | |
EP2899275B1 (en) | Method for obtaining information about endometrial cancer, and marker and kit for obtaining information about endometrial cancer | |
JP6269492B2 (en) | Method for obtaining information on hepatocellular carcinoma, and marker and kit for obtaining information on hepatocellular carcinoma | |
CN109929919B (en) | DNA methylation detection method and related application | |
WO2012098215A1 (en) | Epigenetic portraits of human breast cancers | |
EP2977467A2 (en) | Method, use of marker, and determination device for obtaining information on plural types of cancers | |
US20200095640A1 (en) | Pancreatic cancer | |
US10186332B2 (en) | Determination device, computer readable medium, and marker for obtaining information on lung cancer | |
JP6381020B2 (en) | Method for obtaining information on colorectal cancer, and marker and kit for obtaining information on colorectal cancer | |
EP2899272B1 (en) | Method and use for obtaining information about colorectal cancer | |
CN115896289A (en) | Detection primer, probe, kit and method for methylation of cervical cancer related genes | |
CN107630093B (en) | Reagent, kit, detection method and application for diagnosing liver cancer | |
JP2022552400A (en) | COMPOSITION FOR DIAGNOSING LIVER CANCER USING CPG METHYLATION CHANGE IN SPECIFIC GENE AND USE THEREOF | |
WO2021003629A1 (en) | Methods and Compositions for Lung Cancer Detection | |
RU2596404C1 (en) | METHOD OF DETERMINING THE METHYLATION SITES PuCGPy REGULATORY REGIONS OF GENES-MARKERS OF COLORECTAL CANCER BY GLAD-PCR-ANALYSIS AND OLIGONUCLEOTIDE PRIMERS AND FLUORESCENT-LABELLED PROBES FOR REALISING SAID METHOD | |
JP6583817B2 (en) | Diagnostic markers for tumors in uterine smooth muscle | |
CN116555423A (en) | Lung cancer methylation marker combination, detection product and application thereof | |
Evdokimov et al. | GLAD-PCR assay of DNA methylation markers associated with colorectal cancer | |
CN111088358B (en) | Colorectal cancer molecular marker combination, application thereof, primer group and detection kit | |
JP6636105B2 (en) | Method for obtaining information on colorectal cancer, and marker and kit for obtaining information on colorectal cancer | |
CN117402973A (en) | Nucleic acid reagent for detecting breast cancer, kit and application | |
CN116555422A (en) | Lung cancer methylation marker, detection kit and application thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181227 Effective date: 20181227 |