CN104513851B - 侦测膀胱癌的新颖表基因生物标记及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种侦测膀胱癌的新颖表基因生物标记及其方法,该方法包含:提供一受测检体;检测该受测检体的基因组DNA中至少一个目标基因的CpG序列甲基化状态,该目标基因选自由ZNF671、PTPRR、SOX1、PAX1、ZNF582、AJAP1、SOX17、EDN3、ST6GAL2、ZNF614、PTGDR、SYT9、SOX8、HS3ST2、POU4F3、ADRA1D、MAGI2、EPO、NEFH、POU4F2、STC2以及THRB所组成的群组至少一个;以及根据该目标基因甲基化状态的有无,判断该检体是否具有癌症或癌前病变,或作为治疗预后的指标。本发明也揭示一种侦测膀胱癌的新颖表基因的生物标记,其中该生物标记包含一目标基因的CpG位点且该位点被甲基化,可在尿液中被侦测出。
Description
技术领域
本发明关于一种侦测膀胱癌的新颖表基因生物标记及其方法,特别是指一种以甲基化DNA作为生物标记的膀胱癌症筛检的方法。
背景技术
膀胱癌是世界第六大常见癌症,并在台湾西南部的发病率特别高。约90%的膀胱癌是泌尿道上皮癌(urothelial carcinoma,UC),又称移行细胞癌(transitional cell carcinoma,TCC),另外约8%的膀胱癌是鳞状细胞癌,约2%是腺癌。虽然膀胱癌患者的死亡率低,然而由于膀胱癌属于高复发肿瘤性质,因此长期追踪以及反复的膀胱镜检查是必要的。对于详细的膀胱检查,检测膀胱是否有异状,须利用膀胱镜直接经由患者的尿道,大多数患者须遭受这些侵入性的检查。
基因的缺失(genomic deletions)被认为是肿瘤形成的重要因素,长久以来,我们都习惯了基因组中的编码是仰赖ATCG四个碱基排列的观念,Knudson早在1975年即提出双重受创理论(two-hit theory),指出一些同源肿瘤抑制基因伴随的突变或缺失可能造成或易造成癌症的发生;然而,其他影响表现型(phenotype)的讯息可能存于被修饰过的碱基5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine)中,5-甲基胞嘧啶被发现存在于哺乳类动物细胞内的回文序列5’-CpG-3’中,在哺乳类动物细胞内除了一些被称为“CpG岛”(CpG islands,CGIs)的区域之外,大多数的CpG双核苷酸对都被甲基化,CpG岛是指在大约1000个碱基对(1Kb)的区域内含有大量的GC-以及CpG-,通常位于基因的附近,且在广泛表现的基因的启动子附近被发现。胞嘧啶的甲基化发生在DNA合成后,自一甲基捐赠者s-腺核苷甲硫胺酸(S-adenosylmethionine,SAM)将一甲基经酵素转移到胞嘧啶第5个碳的位置上,该酵素反应由DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase,DNMTs)执行,DNMT1是哺乳类动物主要的甲基转移酶,负责将半甲基化位置复制后修复(post-replicative restoration)为全甲基化,被称为维持甲基化(maintenancemethylation);反之,DNMT3A及DNMT3B则被认为主要负责甲基化新的位置,进行一种称为重新甲基化(de novo methylation)的步骤。
CpG双核苷酸对甲基化的遗失(loss of methylation),意即一般的低度甲基化,是癌细胞内的第一个表基因异常(epigenetic abnormality);然而,在过去几年内的研究却显示,特定位置(例如:一些肿瘤抑制基因)的高度甲基化(site-specific hypermethylation)与其功能的丧失有关,这可能会在癌症生成时提供选择优势(selective advantages);在启动子区域上CpG岛的高度甲基化,可以借由组蛋白修饰(histone modification)伴随接续而来的基因默化现象(genesilencing),来引起染色质改造(chromatin remodeling);除了染色体缺失及基因突变之外,经由启动子的高度甲基化所造成肿瘤抑制基因的表基因默化现象(epigenetic silencing)也常见于人类癌症中。
因此,一个敏感的和非侵入性的检测法,对于膀胱癌患者是迫切需要的,而DNA甲基化是一种用于癌症检测理想的生物标志物。由于遗传与环境交互作用的特性,肿瘤抑制基因甲基化程度因不同的基因及不同的族群而异,不同的疾病也会有不同的甲基化表现型(methylator phenotypes);然而,膀胱癌中有何特定的基因会被甲基化,以及需要多少基因方可达到临床应用的需求,这些问题仍是未来需要被确认的议题。
上述现有的膀胱癌筛检方法仍有诸多缺失,确实不是好的方法,而急待加以改良。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种侦测膀胱癌的新颖表基因生物标记及其方法,该方法包含:提供一受测检体;检测该受测检体的基因组DNA中至少一个目标基因的CpG序列甲基化状态,该目标基因选自由ZNF671、PTPRR、SOX1、PAX1、ZNF582、AJAP1、SOX17、EDN3、ST6GAL2、ZNF614、PTGDR、SYT9、SOX8、HS3ST2、POU4F3、ADRA1D、MAGI2、EPO、NEFH、POU4F2、STC2以及THRB所组成的群组中的至少一个;以及根据该目标基因甲基化状态的有无,判断该检体是否具有癌症或癌前病变,或作为治疗预后的指标。
为达成前述发明目的,其中该目标基因为ZNF671与另一目标基因选自由PTPRR、SOX1、PAX1、ZNF582、AJAP1、SOX17、EDN3、ST6GAL2、ZNF614、PTGDR、SYT9、SOX8、HS3ST2、POU4F3、ADRA1D、MAGI2、EPO、NEFH、POU4F2、STC2以及THRB所组成的群组中的至少一个。
为达成前述发明目的,其中该受测检体包含尿液、粪便、血液、腹水、痰、口腔黏膜细胞、胃液、胆汁、或手术后的膀胱癌组织离体样本。
为达成前述发明目的,其中该目标基因的CpG序列甲基化状态检测方法包含甲基化特异性聚合酶连锁反应(methylation-specific PCR,MSP)、定量甲基化特异性聚合酶连锁反应(quantitative methylation-specific PCR,QMSP)、亚硫酸盐定序(bisulfite sequencing,BS)、微数组(microarrays)、质谱仪分析(massspectrometer)、变性高效液相色谱(denaturing high-performance liquidchromatography,DHPLC)、及焦磷酸定序(pyrosequencing)中的至少一者。
为达成前述发明目的,其中该目标基因甲基化的状态由引子对序列所侦测,各个目标基因的引子对分别为:ZNF671引子对为SEQ ID No:1-2、PTPRR引子对为SEQ ID No:3-4、SOX1引子对为SEQ ID No:5-6、PAX1引子对为SEQID No:7-8、ZNF582引子对为SEQ ID No:9-10、AJAP1引子对为SEQ ID No:11-12、SOX17引子对为SEQ ID No:13-14、EDN3引子对为SEQ ID No:15-16、ST6GAL2引子对为SEQ ID No:17-18、ZNF614引子对为SEQ ID No:19-20、PTGDR引子对为SEQ ID No:21-22、SYT9引子对为SEQ ID No:23-24、SOX8引子对为SEQ ID No:25-26、HS3ST2引子对为SEQ ID No:27-28、POU4F3引子对为SEQ ID No:29-30、ADRA1D引子对为SEQ ID No:31-32、MAGI2引子对为SEQ ID No:33-34、EPO引子对为SEQ ID No:35-36、NEFH引子对为SEQ ID No:37-38、POU4F2引子对为SEQ ID No:39-40、STC2引子对为SEQ ID No:41-42、THRB引子对为SEQ ID No:43-44;其中该引子包含至少有50%的序列同一性、互补性或至少连续十个核苷酸相同的序列。
本发明的另一目的在于提供一种侦测膀胱癌的新颖表基因的生物标记,其中该生物标记系包含一目标基因的CpG位点且该位点被甲基化;其中该目标基因的CpG位点序列选自由ZNF671(SEQ ID No:1-2)、PTPRR(SEQ ID No:3-4)、SOX1(SEQ ID No:5-6)、PAX1(SEQ ID No:7-8)、ZNF582(SEQ ID No:9-10)、AJAP1(SEQ ID No:11-12)、SOX17(SEQ ID No:13-14)、EDN3(SEQ ID No:15-16)、ST6GAL2(SEQ ID No:17-18)、ZNF614(SEQ ID No:19-20)、PTGDR(SEQID No:21-22)、SYT9(SEQ ID No:23-24)、SOX8(SEQ ID No:25-26)、HS3ST2(SEQID No:27-28)、POU4F3(SEQ ID No:29-30)、ADRA1D(SEQ ID No:31-32)、MAGI2(SEQ ID No:33-34)、EPO(SEQ ID No:35-36)、NEFH(SEQ ID No:37-38)、POU4F2(SEQ ID No:39-40)、STC2(SEQ ID No:41-42)以及THRB(SEQ ID No:43-44)所组成的群组中的至少一个。
为达成前述发明目的,其中该目标基因的CpG位点序列为ZNF671(SEQ IDNo:1-2)与另一目标基因的CpG位点序列选自由PTPRR(SEQ ID No:3-4)、SOX1(SEQ ID No:5-6)、PAX1(SEQ ID No:7-8)、ZNF582(SEQ ID No:9-10)、AJAP1(SEQ ID No:11-12)、SOX17(SEQ ID No:13-14)、EDN3(SEQ ID No:15-16)、ST6GAL2(SEQ ID No:17-18)、ZNF614(SEQ ID No:19-20)、PTGDR(SEQID No:21-22)、SYT9(SEQ ID No:23-24)、SOX8(SEQ ID No:25-26)、HS3ST2(SEQID No:27-28)、POU4F3(SEQ ID No:29-30)、ADRA1D(SEQ ID No:31-32)、MAGI2(SEQ ID No:33-34)、EPO(SEQ ID No:35-36)、NEFH(SEQ ID No:37-38)、POU4F2(SEQ ID No:39-40)、STC2(SEQ ID No:41-42)以及THRB(SEQ ID No:43-44)所组成的群组中的至少一个。
本发明的另一目的在于提供一种目标基因在制备用于膀胱癌症筛检试剂中的用途,其为受测检体内目标基因组中DNA中CpG序列甲基化的状态,其中该目标基因系选自由ZNF671、PTPRR、SOX1、PAX1、ZNF582、AJAP1、SOX17、EDN3、ST6GAL2、ZNF614、PTGDR、SYT9、SOX8、HS3ST2、POU4F3、ADRA1D、MAGI2、EPO、NEFH、POU4F2、STC2以及THRB所组成的群组中的至少一个。
为达成前述发明目的,其中该目标基因为ZNF671与另一目标基因选自由ZNF671、PTPRR、SOX1、PAX1、ZNF582、AJAP1、SOX17、EDN3、ST6GAL2、ZNF614、PTGDR、SYT9、SOX8、HS3ST2、POU4F3、ADRA1D、MAGI2、EPO、NEFH、POU4F2、STC2以及THRB所组成的群组中的至少一个。
附图说明
请参阅以下有关本发明一优选实施例的详细说明及其附图,将可进一步了解本发明的技术内容及其目的功效;有关该实施例的附图为:
图1为利用qMSP分析膀胱癌与正常人尿液样本ZNF671基因甲基化程度。
图2为利用qMSP分析膀胱癌与正常人尿液样本PTPRRR、SOX1、PAX1与ZNF582基因甲基化程度。
图3为利用qMSP分析膀胱癌与正常人尿液样本AJAP1、SOX17、EDN3与ST6GAL2基因甲基化程度。
图4为利用qMSP分析膀胱癌与正常人尿液样本ZNF614、PTGDR、SYT9与SOX8基因甲基化程度。
图5为利用qMSP分析膀胱癌与正常人尿液样本HS3ST2、POU4F3、ADRA1D与MAGI2基因甲基化程度。
图6为利用qMSP分析膀胱癌与正常人尿液样本EPO、NEFH与POU4F2基因甲基化程度。
图7为利用qMSP分析膀胱癌与正常人尿液样本STC2与THRB基因甲基化程度。
图8为利用qMSP分析膀胱癌与正常人尿液样本HOXB3基因甲基化程度。
具体实施方式
本发明为一种侦测膀胱癌的新颖表基因生物标记及其方法,该方法包含:提供一受测检体;检测该受测检体的基因组DNA中至少一个目标基因的CpG序列甲基化状态,该目标基因选自由ZNF671、PTPRR、SOX1、PAX1、ZNF582、AJAP1、SOX17、EDN3、ST6GAL2、ZNF614、PTGDR、SYT9、SOX8、HS3ST2、POU4F3、ADRA1D、MAGI2、EPO、NEFH、POU4F2、STC2以及THRB所组成的群组中的至少一个;以及根据该目标基因甲基化状态的有无,判断该检体是否具有癌症或癌前病变,或作为治疗预后的指标。
本发明也揭示一种侦测膀胱癌的新颖表基因的生物标记,其中该生物标记包含一目标基因的CpG位点且该位点被甲基化。
本说明书中所述的所有技术性及科学术语,除非另外有所定义,都为该所属领域的技术人员可共同了解的意义。
术语“侦测”、“筛检”并非确定性诊断方法,根据现有技术中的医学知识和本专利申请公开的通过检测目标基因在各类检体CpG序列甲基化的状态所获得的信息本身,并不能够直接得出诊断结果或健康状况,即是否患有癌症的诊断结果,而只是属于“对已经脱离人体或动物体的组织、体液或排泄物进行处理或检测以获取作为中间结果的信息的方法,或处理该信息的方法”,为“不属于诊断方法的发明”。依本领域具通常知识者(例如:医生、医学研究人员)皆了解,要诊断是否患癌一定要进行病理切片检查。易言之,本发明应作为一种膀胱癌侦测、筛检的方法,而非确定性诊断方法。因此本发明并非法定不予专利的诊断方法。
术语“受测检体”指离体的受测样本,该样本包括前述的腹水、血液、尿液、粪便、痰、口腔黏膜细胞、胃液、胆汁、或手术后的癌症组织等离体的检体样本。本发明的癌症筛检方法用于检测该些离体样本中目标基因甲基化的状态,以作为各类癌症的筛检指标。本发明所提供的癌症筛检方法及其筛检指标,可供检测研究人员于实验室中进行检测。
术语“治疗”、“治疗中”及其类术语指延缓、改善、减少或逆转目前正折磨着患者的该病症或该病症相关的任何症状的方法以及预防该病症或其任何正出现的症状的方法。
本发明以下面的实施例予以示范阐明,但本发明不受下述实施例所限制。本发明所用的药物、生物材料都易于取得,下列仅为示例可取得的管道。
本发明以下面的实施例予以示范阐明,但本发明不受下述实施例所限制。
细胞株的信息
人类膀胱泌尿道上皮细胞(Human urothelial cell,HUC)培养在尿路上皮细胞培养液(UCM)中。
病人检体
从台湾嘉义基督教医院膀胱癌患者,收集100位膀胱癌(UC)样本(表一)与9位相邻正常区域样本。收集27位膀胱癌患者的尿液样本,与19位非癌症个体的尿液样本作为对照组。
表一、膀胱癌临床样本
a:7个样本遗失;b:27个样本遗失
目标基因
本案发明人发现,于全基因体DNA中存在22个与膀胱癌高度相关的CpG位点,可做为检测膀胱癌的生物指标。该22个CpG为点分别来自22个目标基因,其相关信息如下表二所述:
表二、目标基因信息
实时定量甲基化特异性聚合酶连锁反应(QMSP)
为侦测尿液样本中基因启动子甲基化的有无,因此使用更敏感的定量实时甲基化特异性聚合酶连锁反应(qMSP)。我们利用实时PCR系统进行qMSP,总体积为20μl含有10μl2X的SYBR Green实时荧光定量PCR预混(Toyobo,日本大阪),每个引子为0.25μM与4μl的重亚硫酸盐转化的DNA在95℃下10分钟,95℃15秒40个循环,60℃30秒,与72℃下进行30秒。qMSP引子(表三)为专一性针对各个目标基因。qMSP中以β-肌动蛋白(ACTB)作为标准统一输入DNA的含量。甲基化程度,是由阈值周期数(Ct),对每个样品相对于IVD-MSP片段所产生的标准曲线来确定的。甲基化百分比的计算,是以量化后的目标基因对ACTB比,除以相同量的IVD再乘以100。
表三、qMSP各目标基因所使用的引子
甲基化微数组(Methylation Microarray)
甲基化微数组是一种高通量的筛查工具。本发明利用illumina infinium27K甲基化数组执行甲基化的分析,7人膀胱癌组织被用来作为测试组,正常膀胱泌尿道上皮细胞(HUC)作为对照组。
统计分析
非参数变量的比较评估,为利用Mann-Whitney方法检验。所有的统计分析,包括ROC曲线是由SPSS软件(18.0版本)进行。P值小于0.05被认为是具显著差异。
实施例一
甲基数组确定了膀胱癌患者样本中新的甲基化目标基因:我们利用illuminainfinium27K methylation array,选择较高甲基化比率分数(β值>0.5为具甲基化),比对正常膀胱泌尿道上皮细胞与七个人类膀胱癌样本的CpG岛甲基化区域,其中ZNF671目标基因显示其起动子序列,在膀胱癌样本中具有高度甲基化,因此被选来做进一步的分析。
实施例二
尿液中ZNF671基因甲基化可做为检测的工具:
为了评估使用DNA甲基化作为一种癌症标志检测和复发监测的可行性,从28膀胱癌患者和19个非癌症患者的尿液中,利用更灵敏的定量MSP(QMSP)方法检测甲基化状态(图1)。ZNF671在正常样本的平均数为1.69,癌症样本平均数为19.24,相较于非癌症对照组,ZNF671基因在癌症的样本中有较高的甲基化程度(P<0.001)。ZNF671基因于癌症的检测,其敏感度和特异性分别为42.3%和100%。
实施例三
尿液中其他目标基因甲基化可做为检测的工具:
我们同时也以膀胱癌患者的尿液,利用qMSP评估目标基因的甲基化状态。其中该目标基因分别为:PTPRR、SOX1、PAX1、ZNF582(图2);AJAP1、SOX17、EDN3、ST6GAL2(图3);ZNF614、PTGDR、SYT9、SOX8(图4);HS3ST2、POU4F3、ADRA1D、MAGI2(图5);EPO、NEFH、POU4F2(图6);STC2、THRB(图7)。表四为各组目标基因正常与膀胱癌样本的平均数。结果显示相较于正常非癌症尿液检体,这些目标基因在膀胱癌患者的尿液检体中,都具有较高度甲基化程度。
表四、各目标基因甲基化程度
实施例四
本发明以一至多个位点的组合方式,将22个基因以排列组合,并用于筛检膀胱癌,可提升检测的敏感度。此部分数据是将20位膀胱癌尿液样本分成四组,每五个样本合并一起。此次仅以ZNF671搭配其余21个目标基因作为实例,组合后的目标基因其敏感度更为精确(表五)。
表五、目标基因的排列组合
实施例五
图8为利用qMSP分析膀胱癌与正常人尿液样本HOXB3基因甲基化程度,统计结果发现正常与患癌样本HOXB3都有高度甲基化,彼此间并统计上无显著差异,因此无法做为筛检膀胱癌目标基因。显示并非基因有高度甲基化的发生,都与膀胱癌有关连。
本发明所提供的癌症筛检的方法,与前述现有技术相互比较时,更具有下列的优点:
1.相较于传统为一侵入式的检测方法,本发明为一个敏感性的和非侵入性的检测法,对于膀胱癌患者是一大福音,而DNA甲基化是一种用于癌症检测理想的生物标志物。我们已经确定了新目标基因ZNF671在膀胱癌中,其表基因沉默是由于DNA甲基化所造成。
2.甲基化分析证实了在膀胱癌患者样本中,其甲基化程度与癌症组织学分级与无复发的存活率表现出了高度显著关联。
3.可利用尿液分析其中的目标基因ZNF671、PTPRR、SOX1、PAX1、ZNF582、AJAP1、SOX17、EDN3、ST6GAL2、ZNF614、PTGDR、SYT9、SOX8、HS3ST2、POU4F3、ADRA1D、MAGI2、EPO、NEFH、POU4F2、STC2以及THRB甲基化程度,作为检测膀胱癌的工具。
上列详细说明是针对本发明的一可行实施例的具体说明,但是该实施例并非用以限制本发明的专利范围,凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更,例如:受测者检体中各目标基因甲基化程度的判断方式等变化的等效性实施例,均应包含于本案的专利范围中。
上述多项功效,实属充分符合发明专利新颖性及创造性的要求,故依法提出申请,恳请贵局核准本件发明专利申请案,以鼓励发明。
Claims (4)
1.一种目标基因在制备用于膀胱癌症筛检试剂中的用途,其为受测检体内目标基因组中DNA中CpG序列甲基化的状态,其中该目标基因是ZNF671。
2.如权利要求1所述的目标基因在制备用于膀胱癌症筛检试剂中的用途,其特征在于:其中该目标基因ZNF671甲基化的状态由引物对序列SEQ ID No:1-2所侦测。
3.如权利要求1所述的目标基因在制备用于膀胱癌症筛检试剂中的用途,其特征在于:其中该目标基因为ZNF671与另一目标基因选自由PTPRR、SOX1、PAX1、ZNF582、AJAP1、SOX17、EDN3、ST6GAL2、ZNF614、PTGDR、SYT9、SOX8、HS3ST2、POU4F3、ADRA1D、MAGI2、EPO、NEFH、POU4F2、STC2以及THRB所组成的群组中的至少一个。
4.如权利要求3所述的目标基因在制备用于膀胱癌症筛检试剂中的用途,其特征在于:其中该目标基因甲基化的状态由引物对序列所侦测,各个目标基因的引物对分别为:ZNF671引物对为SEQ ID No:1-2、PTPRR引物对为SEQID No:3-4、SOX1引物对为SEQ ID No:5-6、PAX1引物对为SEQ ID No:7-8、ZNF582引物对为SEQ ID No:9-10、AJAP1引物对为SEQ ID No:11-12、SOX17引物对为SEQ ID No:13-14、EDN3引物对为SEQ ID No:15-16、ST6GAL2引物对为SEQ ID No:17-18、ZNF614引物对为SEQ ID No:19-20、PTGDR引物对为SEQ ID No:21-22、SYT9引物对为SEQ ID No:23-24、SOX8引物对为SEQ ID No:25-26、HS3ST2引物对为SEQ ID No:27-28、POU4F3引物对为SEQ ID No:29-30、ADRA1D引物对为SEQ ID No:31-32、MAGI2引物对为SEQ ID No:33-34、EPO引物对为SEQ ID No:35-36、NEFH引物对为SEQ ID No:37-38、POU4F2引物对为SEQ ID No:39-40、STC2引物对为SEQ ID No:41-42、THRB引物对为SEQ ID No:43-44。
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Distinct DNA methylation epigenotypes in bladder cancer from different Chinese sub-populations and its implication in cancer detection using voided urine;Pi-Che Chen;《BMC Medical Genomics》;20111231;第4卷(第45期);全文 * |
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