-
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von diagnostischen Markern zur Vorhersage der Prädisposition eines Menschen zur Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs und/oder -Krebsvorstufen bei einer Infektion mit dem humanen Papillomvirus sowie zum Nachweis einer persistierenden Infektion mit dem humanen Papillomvirus.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Vorhersage der Prädisposition eines Menschen zur Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs und/oder -Krebsvorstufen bei einer Infektion mit dem humanen Papillomvirus (im Folgenden auch: HPV), bei dem diagnostische Marker nachgewiesen werden, sowie die Bereitstellung von hierfür geeigneten Oligonukleotiden.
-
Papillomviren sind weit verbreitete, kleine doppelsträngige DNA-Viren, die Zellen in der Basalschicht der Epidermis bzw. des zervikalen Epithels u. a. des Menschen infizieren können. Während die meisten Infektionen zeitlich begrenzt sind und einen asymptomatischen Verlauf haben, kann eine persistierende Infektion der genitalen Schleimhäute mit bestimmten Papillomviren zu einer Bildung einer zervikalen intraepithelialen Neoplascie (CIN) führen, welche sich wiederum zu einem Zervix-Karzinom entwickeln kann.
-
Gebärmutterhalskrebs ist weltweit der zweithäufigste Krebs bei Frauen, und die weltweite Prävalenz von humanen Papillomviren in Zervix-Karzinomen beträgt 99,7%. Die Infektion mit bestimmten genitalen HPV-Typen ist ein notwendiger Risikofaktor für die Entstehung eines Zervix-Karzinoms.
-
Obgleich HPV-Infektionen sehr häufig sind, verläuft eine Infektion in den meisten Fällen transient und wird spontan abgewehrt. Die Persistenz einer HPV-Infektion ist ein notwendiger Risikofaktor für die Entstehung und Progression von zervikalen präkanzerösen Läsionen, jedoch nur ca. 10% der Frauen mit einer HPV-Infektion zeigen eine Progression zu solchen Läsionen; von diesen entwickeln unbehandelt ca. 20 bis 50% der Frauen, abhängig vom persistierenden HPV-Typ, innerhalb eines Zeitraums von bis zu 12 Jahren Krebsvorstufen oder Gebärmutterhalskrebs.
-
Gegenwärtig sind im Stand der Technik keine diagnostischen Tests bekannt, die zwischen persistent mit HPV infizierten Frauen und Frauen, die gesund bleiben, diskriminieren.
-
Die bisherige Krebsfrüherkennung detektiert Krebsvorstufen mit einem zytologischen Screening, bei dem ein Abstrich vom Muttermund und dem Endozervikalkanal entnommen wird, nach Papanicolaou gefärbt und mikroskopisch beurteilt wird (Papanicolaou-Abstrich bzw. Pap-Test). Des Weiteren gibt es Tests zum Nachweis von humanen Papillomviren auf DNA- und RNA-Ebene, die jedoch nicht zwischen den häufigen transienten Infektionen und den eher selteneren persistenten Infektionen unterscheiden können und daher nur einen geringen positiven Vorhersagewert (PPV) von 15 bis 25% für Krebsvorstufen haben.
-
Ausgehend von einem solchen HPV-Test alleine würden bzw. werden viele Frauen zu Nachsorgeuntersuchungen geschickt, was eine erhöhte Übertherapie zur Folge hat.
-
Auf Proteinebene ist der genetische Marker p16 beschrieben, der einen Surrogatmarker für die HPV-Infektion darstellt, der in Studien jedoch eine zu geringe Spezifität und ebenso einen nur geringen PPV für Krebsvorstufen zeigt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Test bereitzustellen, anhand dessen die Prädisposition eines Menschen zur Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs bei einer Infektion mit dem humanen Papillomvirus vorhergesagt werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verwendung von diagnostischen Markern gelöst, die ausgewählt sind aus zumindest einem der in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführten diagnostischen Marker. Tabelle 1: Diagnostische Marker
Gen Symbol | Gen Name |
ABCA1 | ATP-bindende Kassette, Unterfamilie A (ABC1), Mitglied 1 |
ACSL1 | Acyl-CoA Synthetase langkettiges Familienmitglied 1 |
ACSL5 | Acyl-CoA Synthetase langkettiges Familienmitglied 5 |
ADORA2A | Adenosin A2a Rezeptor |
AGFG2 | ArfGAP mit FG Repeats (Wiederholungen) 2 |
AIG1 | Androgen-induziert 1 |
AIP | Aryl-Kohlenwasserstoff-Rezeptor-wechselwirkendes Protein |
ALDOB | Aldolase B, Fructose-bisphosphat, mRNA (cDNA Klon MGC:32618 IMAGE:4593670) |
ANKRD13D | Ankyrin Repeat (Wiederholungs) Domäne 13 Familie, Mitglied D |
APTX | Aprataxin |
AQP3 | Aquaporin 3 (Gill Blutgruppe) |
ARHGAP15 | Rho GTPase-aktivierendes Protein 15 |
ARHGAP26 | Rho GTPase-aktivierendes Protein 26 |
ARMC8 | Armadillo repeat (Wiederholung) enthaltendes 8 |
ARPC5L | Actin-verwandter Protein 2/3 Komplex, Untereinheit 5-ähnlich |
ASAP1 | ArfGAP mit SH3 Domäne, Ankyrin Repeat (Wiederholung) und PH Domäne 1 |
ATF7 | Aktivierender Transkriptionsfaktor 7 |
ATP2B1 | ATPase, Ca++ transportierend, Plasmamembran 1 |
ATP2B1 | ATPase, Ca++ transportierend, Plasmamembran 1 |
ATP6V1C1 | ATPase, H+ transportierend, lysosomal 42 kDa, V1 Untereinheit C1 |
ATP9A | ATPase, Klasse II, Typ 9A |
BCL6 | B-cell CLL/Lymphom 6 |
BEST1 | Bestrophin 1 |
BIC | BIC Transkript |
BID | BH3 wechselwirkende Domäne Tod Agonist (BH3 interacting domain death agonist) |
BRE | Gehirn und Fortpflanzungsorgan-exprimiert (TNFRSF1A Modulator) |
C12orf35 | Chromosom 12 ”open reading frame” (offenes Leseraster) 35 |
C17orf91 | Chromosom 17 ”open reading frame” (offenes Leseraster) 91 |
C19orf66 | Chromosom 19 ”open reading frame” (offenes Leseraster) 66 |
C22orf37 | Chromosom 22 ”open reading frame” (offenes Leseraster) 37 |
C9orf72 | Chromosom 9 ”open reading frame” (offenes Leseraster) 72 |
CAMKK2 | Calcium/Calmodulin-abhängige Proteinkinase-Kinase 2, beta |
CAND1 | Cullin-assoziiert und Neddylierungs-dissoziiert 1 |
CARD16 | Caspase Rekrutierungs-Domänen Familie, Mitglied 16 |
CARD8 | Caspase Rekrutierungs-Domänen Familie, Mitglied 8 |
CCL18 | Chemokin (C-C Motiv) Ligand 18 (Lungen- und Aktivierungs-reguliert) |
CCRL2 /// LOC72 | Chemokin (C-C Motiv) Rezeptor-ähnlich 2 /// ähnlich zu Chemokin (C-C Motiv) Rezeptor-ähnlich |
CD2AP | CD2-assoziiertes Protein |
CD44 | CD44 Molekül (Indische Blutgruppe) |
CD83 | CD83 Molekül |
CDC42EP3 | CDC42 Effektorprotein (Rho GTPase bindend) 3 |
CHD1 | Chromodomänen-Helikase DNA bindendes Protein 1 |
CLCA2 | Chlorid-Kanal-Regulator 2 |
CPSF2 | Spaltungs- und Polyadenylierungs- spezifischer Faktor 2,100 kDa |
CREM | cAMP reagierender Element-Modulator |
CSGALNACT2 | Chondroitinsulfate N-acetylgalactosaminyltransferase 2 |
CTNNA1 | Catenin (Cadherin-assoziiertes Protein), alpha 1, 102 kDa |
CTSD | Cathepsin D |
CXorf21 | Chromosom X ”open reading frame” (offenes Leseraster) 21 |
CXXC5 | CXXC Finger 5 |
CYLC1 | Cylicin, Grundprotein des Spermienkopf-Zytoskelett 1 |
DSC3 | Desmocollin 3 |
DSE | Dermatansulfate-Epimerase |
DSG3 | Desmoglein 3 (Pemphigus vulgaris Antigen) |
DYNC1H1 | Dynein, zytoplasmatisch 1, schwere Kette 1 |
EHF | Ets homologer Faktor, mRNA (cDNA Klon MGC:47678 IMAGE:6055934) |
ELF1 | E74-ähnlicher Faktor 1 (ets Domänen-Transkriptionsfaktor) |
ELL2 | Elongationsfaktor, RNA Polymerase II, 2 |
EMR1 | egf-ähnlich Modul-enthaltend, Mucin-ähnlich, Hormon-Rezeptor-ähnlich 1 |
ERMP1 | Endoplasmatisches Retikulum Metallopeptidase 1 |
FBX045 | F-box Protein 45 |
FLJ44342 | hypothetisch LOC645460 |
FLNA | Flamin A, alpha (Actin bindendes Protein 280) |
FNDC3B | Fibronectin Typ III Domäne-enthaltend 3B |
FTL | Ferritin, leichtes Polypeptide |
GBP1 | Guanylat bindendes Protein 1, Interferon-induzierbar, 67 kDa |
GBP5 | Guanylate bindendes Protein 5 |
GCNT7 | Glucosaminyl (N-acetyl) Transferasen-Familienmitglied 7 (GCNT7), mRNA |
GEMIN4 | Gern (nucleäres Organell) assoziiertes Protein 4 |
GK | Glycerolkinase |
GK3P | Glycerolkinase-3 Pseudogen |
GLS2 | Glutaminase-2 (Leber, mitochondrial) |
GNA13 | Guanin-nucleotid-bindendes Protein (G Protein), alpha 13 |
GNB1 | Guanin-nucleotid-bindendes Protein (G Protein), beta Polypeptid 1 |
GNG2 | Guanin-nucleotid-bindendes Protein (G Protein), gamma 2 |
GPR84 | G-Protein-gekoppelter Rezeptor 84 |
GRAMD1A | GRAM Domänen-enthaltend 1A, mRNA (cDNA Klon IMAGE:5921205) |
GRB2 | Wachstumsfaktor-Rezeptor-gebundenes Protein 2 |
HAS2 | Hyaluronan-Synthase 2 |
HBB | Hämoglobin, beta |
HIF3A | Hypoxie-induzierbarer Faktor 3, alpha Untereinheit |
HK3 | Hexokinase 3 (weiße Zellen) |
HMCN2 | CDNA FLJ23816 fis, Klon HSI02685 |
HN1L | Hämatologisch und neurologisch exprimiert 1-ähnlich |
HSPA6 | Hitzeschock 70 kDa Protein 6 (HSP70B') |
IFNGR2 | Interferon gamma Rezeptor 2 (Interferon gamma Transducer 1) |
IL18BP | Interleukin 18 bindendes Protein |
1L20RB | Interleukin 20 Rezeptor beta |
1L7R | Interleukin 7 Rezeptor |
INHBA | Inhibin, beta A |
INSIG1 | Insulin induziertes Gen 1 |
IQCA1 | IQ Motiv enthalten mit AAA Domäne 1 |
IQCE | IQ Motiv enthaltend E |
IRAK3 | Interleukin-1 Rezeptor-assoziierte Kinase 3 |
ITGA5 | Integrin, alpha 5 (Fibronectin Rezeptor, alpha Polypeptid) |
ITGB3 | Integrin, beta 3 (Plättchen-Glycoprotein IIIa, Antigen CD61) |
ITGB5 | Integrin, beta 5 |
IVNS1ABP | Influenza Virus NS1A bindendes Protein |
JMJD3 | Jumonji Domäne enthaltend 3, Histon Lysin Demethylase |
KIAA0999 | KIAA0999 Protein |
LOC 100128821 | /// hypothetisches Protein LOC100128821 /// Zinkfinger E-box bindend „Homeobox” 2 |
LOCI 42937 | Hypothetisches Protein BC008131 |
LOC338758 | Hypothetisches Protein LOC338758 |
LOC728153 | Ähnlich zu FAM133B Protein |
LPCAT1 | Lysophosphatidylcholin-Acyltransferase 1 |
LRP11 | ”low density” (niedere Dichte) Lipoprotein Rezeptor-verwandtes Protein 11 |
LYN | v-yes-1 Yamaguchi Sarcom virales verwandtes Oncogen Homolog |
LYST | lysosomaler ”trafficking” Regulator |
MAL2 | mal, T-cell Differenzierung-Protein 2 |
MALAT1 | Metastasen-assoziiertes Lungen-Adenocarcinom Transkript 1 (nicht-Protein codierend) |
MAN2A1 | Mannosidase, alpha, class 2A, member 1 |
MAP3K8 | CDNA FLJ78064 vollständige cds, hochgradig ähnlich zu humaner mRNA für das Proto-Oncogen-Protein |
MAP4K4 | Mitogen-aktivierte Protein Kinase Kinase Kinase Kinase 4 |
MCOLN2 | Mucolipin 2 |
METAP2 | Methionyl-Aminopeptidase 2 |
MLL5 | myeloid/lymphoid oder geschmischt-Linie Leukämie 5 (Trithorax Homolog, Drosophila) |
M0BKL1B | MOB1, ”Mps One Binder” Kinase Aktivator-ähnlich 1B (Hefe) |
MRPS28 | Mitochondriales ribosomales Protein S28 |
MRPS7 | Mitochondriales Ribosomales Protein S7 |
MTF1 | Metall-regulatorischer Transkriptionsfaktor 1 |
NAMPT | Nicotinamid-Phosphoribosyltransferase |
NBN | Nibrin |
NFKB1 | Nucleärer Faktor des kappa leichten Polypeptid-Gen Enhancers in B-Zellen 1 |
NFKBIE | Nucleärer Faktor des kappa leichten Polypeptid-Gen Enhancers in B-Zellen-Inhibitor, Epsilon |
NFKBIZ | Nucleärer Faktor des kappa leichten Polypeptid-Gen Enhancers in B-Zellen Inhibitor, Zeta |
NKX3-1 | NK3 ”homeobox” 1 |
NLRP3 | NLR Familie, Pyrin-Domäne enthaltend 3 |
NR4A2 | Nucleärer Rezeptor Unterfamilie 4, Gruppe A, Mitglied 2 |
NR4A3 | Nucleärer Rezeptor Unterfamilie 4, Gruppe A, member 3 |
NSMAF | Neutraler Sphingomyelinase (N-SMase) Aktivierungs-assoziierter Faktor |
0R1F1 | Olfactorischer Rezeptor, Familie 1, Unterfamilie F, Mitglied 1 |
PAG1 | Phosphoprotein assoziiert mit Glycosphingolipid Microdomänen 1 |
PCDH1 | Protocadherin 1 |
PCY0X1 | Prenylcystein-Oxidase 1 |
PERP | PERP, TP53 Apoptose Effektor |
PHACTR1 | Phosphatase und Actin Regulator 1 |
PHF20L1 | PHD Fingerprotein 20-ähnlich 1 |
PIK3AP1 | Phosphoinositide-3-kinase Adaptor Protein 1 |
PIK3R5 | Phosphoinositide-3-kinase, regulatorische Untereinheit 5 |
PNPLA8 | Patatin-ähnlich Phospholipase Domäne enthaltend 8 |
POLH | Polymerase (DNA ausgerichtet), eta |
POU6F1 | POL) Klasse 6 ”homeobox” 1 |
PPP1R10 | Protein Phosphatase 1, regulatorische (Inhibitor) Untereinheit 10 |
PPP2R3C | Protein Phosphatase 2 (früher 2A), regulatorische Untereinheit B”, Gamma |
PROM2 | Prominin 2 |
PRR14 | Prolin-reich 14 |
PTGER4 | Prostaglandin E Rezeptor 4 (Subtyp EP4) |
PTK2 | PTK2 Protein-Tyrosin-Kinase 2 |
PTPRE | Protein-Tyrosin-Phosphatase, Rezeptor-Typ, E |
PTX3 | Pentraxin-verwandtes Gen, schnell induziert durch IL-1 beta |
QKI | ”quaking Homolog”, KH Domäne RNA bindende (Maus) |
RAB8B | RAB8B, Mitglied RAS Oncogen-Familie |
RAP2C | RAP2C, Mitglied der RAS Oncogen-Familie |
RBX1 | Ring-Box 1 |
REG4 | regenerierende Insel-abgeleitete Familie, Mitglied 4 |
RGS1 | Regulator des G-Protein Signalwegs 1 |
RHOQ | ras Homolog Genfamilie, Mitglied Q |
RIPK2 | Rezeptor-wechselwirkende Serin-Threonin-Kinase 2 |
RNF213 | Ringfinger-Protein 213 |
RPP21 /// TRIM39 | Ribonuclease P/MRP 21 kDa subunit /// TRIM39-ähnliches Protein |
SAMSN1 | SAM Domäne, SH3 Domäne und nucleäre Lokalisierungssignale 1 |
SC02 | SCO Cytochrom-Oxidase defizientes Homolog 2 (Hefe) |
SDC1 | Syndecan 1 |
SEC14L1 | SEC14-ähnlich 1 (S. cerevisiae) |
SERPINB5 | Serpin-Peptidase-Inhibitor, Stamm B (Ovalbumin), Mitglied 5 |
SERPINB9 | Serpin-Peptidase-Inhibitor, Stamm B (Ovalbumin), Mitglied 9 |
SF3B1 | Splice-Faktor 3b, Untereinheit 1, 155 kDa |
SF3B3 | Splice-Faktor 3b, Untereinheit 3, 130 kDa |
SFRS2IP | Splice-Faktor, Arginin-/Serin-reich 2, wechselwirkendes Protein |
SH3BP5 | SH3-Domäne bindendes Protein 5 (BTK-assoziiert) |
SLC16A10 | Lösliche Trägerfamilie 16, Mitglied 10 (aromatischer Aminosäure-Transporter) |
SLC25A33 | Lösliche Trägerfamilie 25, Mitglied 33 |
SLC25A37 | Lösliche Trägerfamilie 25, Mitglied 37 CDNA FLJ90227 fis, Klon NT2RM1000899, hochgradig ähnlich zu mitochondrialem löslichen Trägerprotein |
SNX10 | sortierendes Nexin 10 |
S0D2 | Superoxide-Dismutase 2, mitochondrial |
S0X15 | SRY(Geschlechts-bestimmende Region Y)-Box 15 |
SPAG9 | Spermienassoziertes Antigen 9 |
SRA1 | Steroid-Rezeptor RNA Aktivator 1 |
SRGN | Serglycin |
STX4 | Syntaxin 4 |
SUMF1 | Sulfatase modifizierender Faktor 1 |
TACSTD2 | Tumor-assoziierter Calcium-Signal-Übermittler 2 |
TANK | TRAF Familienmitglied-assoziierter NFKB Aktivator |
TFEC | Transkriptionsfaktor EC |
TGFB1 | Transformierender Wachstumsfaktor, beta 1 |
TLR10 | toll-ähnlicher Rezeptor 10 |
TMED3 | Transmemnbran-emp24 Protein-Transportdomäne enthaltend 3 |
TMEM45A | Transmembran-Protein 45A |
TMEM87A | Transmernbran-Protein 87A |
TNFAIP3 | Tumornekrose-Faktor, alpha-induziertes Protein 3 |
TNFAIP6 | TumornekroseFaktor, alpha-induziertes Protein 6 |
TNFSF10 | Tumornekrose-Faktor (Ligand) Superfamilie, Mitglied 10 |
TNFSF8 | Tumornekrose-Faktor (Ligand) Superfamilie, Mitglied 8 |
TNK2 | Tyrosin-Kinase, nicht-Rezeptor, 2 |
TPD52L1 | Tumorprotein D52-ähnlich 1 |
TRAF1 | TNF Rezeptor-assoziierter Faktor 1 |
TRIM38 | Dreiteilig Motiv-enthaltend 38 |
UMPS | Uridin-monophosphat Synthetase |
UNC13A | unc-13 Homolog A (C. elegans) |
USP36 | Ubiquitin spezifische Peptidase 36 |
WBSCR22 | Williams Beuren Syndrom Chromosom Region 22 |
WDR43 | WD Repeat(Wiederholungs-)Domäne 43 |
WTAP | Wilms Tumor 1 assoziiertes Protein |
WTAP | Wilms Tumor 1 assoziiertes Protein (WTAP), Transkriptvariante 2, mRNA |
ZBTB11 | Zinkfinger und BTB Domäne enthaltend 11 |
ZEB2 | Zinkfinger E-box bindende „homeobox” 2 |
ZMYM6 | Zinkfinger, MYM-Typ 6 |
ZNF267 | Zinkfingerprotein 267 |
ZNF438 | Zinkfingerprotein 438 |
ZSWIM7 | Zinkfinger, SWIM-Typ enthaltend 7 |
ZXDB | Zinkfinger, X-verbunden, dupliziertes B |
-
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch die Bereitstellung eines neuen Verfahrens zur Vorhersage der Prädisposition eines Menschen zur Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs und/oder -Krebsvorstufen bei einer Infektion mit dem humanen Papillomvirus (HPV) und/oder zum Nachwies einer persistierenden HPV-Infektion gelöst, das den Schritt des Nachweisens von zumindest einem der in Tabelle 1 aufgeführten diagnostischen Marker oder Fragmente davon in einer von dem Menschen isolierten Probe aufweist.
-
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch die PCR-Nachweisprimer (im folgenden auch: ”Oligonukleotide”), die bei der erfindungsgemäßen Verwendung und dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, und mit denen zumindest einer der in Tabelle 1 dargestellten diagnostischen Marker nachgewiesen werden kann, sowie durch einen Kit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, der zumindest einen erfindungsgemäßen PCR-Nachweisprimer enthält.
-
Die Erfinder konnten in aufwendigen Versuchen zeigen, dass es anhand der untersuchten Marker möglich ist, beispielsweise in einer von einem zu untersuchenden Menschen entnommenen Probe diese Marker nachzuweisen, und bei deren Vorhandensein, entweder alleine oder in Kombination mit einem oder mehreren der anderen aufgeführten Marker, eine Prädisposition des Menschen zur Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs zu bestimmen. Diese Bestimmung kann bspw. anhand des Vergleichs der erfindungsgemäßen Marker mit den entsprechenden Markern aus entsprechenden HPV-negativen Proben und/oder HPV-positiven, aber nicht progressiven Proben erfolgen.
-
Mit der vorliegenden Erfindung wird daher ein hervorragendes Werkzeug für eine verbesserte Früherkennung für Gebärmutterhalskrebs bereitgestellt, da mit Hilfe der in der vorliegenden Erfindung identifizierten Marker auf dem Boden einer persistierenden HPV-Infektion bis zu 12 Jahre vorher die Entwicklung von hochgradigen Krebsvorstufen mit hoher Signifikanz vorhergesagt werden kann.
-
Ferner bieten die bereitgestellten Marker, neben der Möglichkeit zur Diskriminierung zwischen Frauen mit progredientem Verlauf und Frauen, die trotz einer HPV-Infektion gesund bleiben, auch die Möglichkeit, zwischen Frauen zu unterscheiden, die keine HPV-Infektion aufweisen, und Frauen, die eine persistierende HPV-Infektion besitzen.
-
Damit lässt sich auch das Riskio von Frauen, ausgehend von einer persistierenden HPV-Infektion Gebärmutterhalskrebs zu entwickeln, hervorsagen.
-
Vorliegend werden dabei die Begriffe ”progredient” und ”progressiv” synonym verwendet, und sollen – so wie auch der Begriff ”Progressoren” – die Entwicklung von Dysplasien bzw. Krebsvorstufen und Krebs/Tumoren bedeuten.
-
Die in Tabelle 1 wiedergegebenen Namen sind die – auch in Deutschland – offiziellen Gennamen, bzw. deren offizielle Abkürzung, deren Übersetzung ins Deutsche weder zweckdienlich noch empfohlen ist, um Verwechslungen zu vermeiden. Weitere Informationen zu den genannten Genen, deren Sequenzen und Namen, sind über deren angegebene Abkürzungen bspw. in der Datenbank des National Center für Biotechnology Information (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez) unter dem Suchwerkzeug ”Gene” zu finden, wo die Informationen öffentlich zugänglich und dauerhaft gespeichert angelegt sind.
-
Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn die Marker ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend die Marker mit den offiziellen Gennamen SERPINB5, CNAD1, CPSF2, CCRL2, TNFAIP6, CD44, TMEM45A, WDR43, NBN, ERMP1, LRP11, CDKN2A, HPV16E4, HPV16E7, SERP1, ASAH1, HIGD1A, PGH1, die auch in der nachstehenden Tabelle 2 mit ihren jeweiligen Sequenzen, sowie den für die Marker jeweils spezifischen Primern (siehe auch Tabelle 3) und der jeweiligen Produktgröße, aufgeführt sind. Tabelle 2: ausgewählte diagnostische Marker
-
Den Erfindern war es möglich, insbesondere für die in Tabelle 2 aufgeführten Marker, deren Sequenzen ebenfalls in der Tabelle angegeben sind, deren Geeignetheit für die Bestimmung der Vorhersage der Prädisposition eines Menschen zur Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs und/oder -Krebsvorstufen zu untersuchen und nachzuweisen. In eigenen Versuchen zeigten die Erfinder, dass es insbesondere anhand dieser Marker möglich ist, einen hohen positiven Vorhersagewert der Erkrankungen zu erreichen.
-
Vorliegend wird dabei unter ”Diagnostische Marker” jedes bereitgestellte diagnostische Gen bzw. das durch dieses Gen codierte Protein sowie die ausgehend von dem Gen transkribierte RNA verstanden, bzw. auch jedes für das Gen oder das Protein oder die mRNA charakteristisches Sequenzfragment. Dabei wird unter ”charakteristisches Sequenzfragment” jeder Sequenzabschnitt des Gens, des hierdurch codierten Proteins bzw. der von dem Gen transkribierten mRNA verstanden, der für das jeweilige Gen, Protein, mRNA spezifisch ist, d. h. in dieser Sequenz nicht in anderen Genen, Proteinen, mRNAs zu finden ist.
-
Dementsprechend ist in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung bevorzugt, wenn die Vorhersage durch die Bestimmung der Genexpression der diagnostischen Marker erfolgt.
-
Unter ”Genexpression” sind dabei, wie weiter oben ähnlich erläutert, die von den Markergenen abgeleitete/transkribierte mRNA zu verstehen, sowie die wiederum durch die Markergene codierten Proteine. Diese werden vorliegend daher auch als ”Marker-mRNA” und ”Marker-Proteine” bezeichnet.
-
Der Nachweis der Genexpression der diagnostischen Marker bietet den Vorteil, dass damit bei der Untersuchung einer menschlichen Probe ein Vergleich zu der Genexpression der entsprechenden Marker in einer gesunden oder einer nicht-progressiven Probe gezogen werden kann. Anhand des Vergleichs kann dann für die einzelnen Markergene ggf. eine Hoch- oder eine Herunterregulierung dieser Markergene bestimmt werden, wonach in diesem Fall die Prädisposition zur Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs vorhergesagt werden kann.
-
Dementsprechend ist in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung bevorzugt, wenn die Vorhersage durch den Nachweis von mRNA-Transkripten von zumindest einem der diagnostischen Marker erfolgt, und insbesondere, wenn der Nachweis der mRNA-Transkripte über eine quantitative RT-PCR (Real Time (Echtzeit) Polymerase-Ketten-Reaktion) erfolgt.
-
Die Real-Time-quantitative-PCR (vorliegend auch kurz qRT-PCR) ist ein Verfahren zur Amplifizierung/Vervielfältigung von Nukleinsäuren, das auf dem Prinzip der herkömmlichen Polymerase-Kettenreaktion (PCR) beruht, und zusätzlich die Quantifizierung der hierdurch gewonnenen DNA ermöglicht. Die Quantifizierung wird in der Regel mit Hilfe von Fluoreszenz-Messungen durchgeführt, die während eines PCR-Zyklus erfasst werden, wobei die Fluoreszenz proportional mit der Menge der PCR-Produkte zunimmt. Am Ende eines aus mehreren Zyklen bestehenden Laufs wird anhand von erhaltenen Fluoreszenzsignalen die Quantifizierung in der exponentiellen Phase der PCR vorgenommen.
-
Die quantitative Real-Time-PCR ist damit ein hervorragendes Werkzeug zur Quantifizierung von Nukleinsäuren.
-
In bevorzugten Ausführungsbeispielen wird also die mRNA der diagnostischen Marker zunächst in cDNA umgeschrieben und dann für die quantitative Real-Time-PCR eingesetzt, wodurch die Transkripte der diagnostischen Marker quantifiziert werden und basierend hierauf eine Vorhersage zur Prädisposition für die Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs getroffen werden kann.
-
Dabei ist insbesondere bevorzugt, wenn Sequenzen bzw. Sequenzabschnitte der diagnostischen Marker nachgewiesen werden, die für den jeweiligen diagnostischen Marker charakteristische Fragmente bzw. Abschnitte darstellen, d. h. also Abschnitte, die ganz spezifisch mit der angegebenen Sequenz nur in dem jeweiligen Marker zu finden bzw. nachzuweisen ist.
-
Hierbei ist insbesondere bevorzugt, wenn bei der quantitativen Real-Time-PCR zumindest ein PCR-Nachweisprimer, vorzugsweise ein PCR-Nachweisprimerpaar, eingesetzt wird, das ausgewählt ist aus zumindest einem der folgenden:
- (a) ein in der nachstehenden Tabelle 3 aufgeführter PCR-Nachweisprimer/PCR-Nachweisprimer paar oder dessen komplementärer Strang;
- (b) PCR-Nachweisprimer, die unter stringenten Bedingungen an die in (a) definierten PCR-Nachweisprimer hybridisieren, oder Fragmente davon; und
- (c) PCR-Nachweisprimer, die eine Sequenzhomologie von mindestens 80% zu den PCR-Nachweisprimern aus Tabelle 3 aufweisen, und die wie die PCR-Nachweisprimer aus (a) zum Nachweis der hierin offenbarten diagnostischen Marker geeignet sind.
Tabelle 3: Eingesetzte PCR-Nachweisprimer/Oligonukleotide
-
Unter ”Oligonukleotid/-en” werden vorliegend – wie auch im Stand der Technik und im betreffenden Gebiet allgemein – aus wenigen Nukleotiden (DNA oder RNA) aufgebaute Oligomere verstanden, wobei die Nukleotidsequenz in der Regel aus ca. 10 bis 100 Nukleotideinheiten besteht.
-
Vorliegend werden die Oligonukleotide auch in der Polymerase-Ketten-Reaktion eingesetzt, weshalb die beanspruchten und offenbarten Oligonukleotide auch als ”PCR-Nachweisprimer/Primer” bezeichnet werden. Auch die in der Tabelle 3 wiedergegebene allgemeine Bezeichnung bestimmter Oligonukleotide mit ”forward” (vorwärts) oder ”reverse” (rückwärts) stellen im relevanten technischen Gebiet auch in Deutschland übliche Bezeichnungen von Primern/Oligonukleotiden dar, so dass vorliegend auch diese englischen Begriffe gewählt werden, um Klarheit zu verschaffen.
-
Unter ”Hybridisierung unter stringenten Bedingungen” wird vorliegend verstanden, dass die Hybridisierung in vitro unter Bedingungen durchgeführt wird, die stringent genug sind, um eine spezifische Hybridisierung zu gewährleisten. Solche stringenten Hybridisierungsbedingungen sind dem Fachmann bekannt und können bspw. der Literatur entnommen werden (siehe Sambrook et al. (2001), Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3. Auflage, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York). Allgemein bedeutet vorliegend ”spezifisch hybridisieren”, dass ein Molekül, vorliegend insbesondere ein Oligonukleotid, unter stringenten Bedingungen präferenziell an eine bestimmte Nukleotidsequenz bindet, wenn diese Sequenz in einem komplexen Gemisch von DNA oder RNA vorliegt, und somit nicht, oder zu einem deutlich geringerem Ausmaß, an andere Sequenzen. Stringente Bedingungen sind unter Anderem Sequenz-abhängig und werden unter verschiedenen Umständen unterschiedlich sein. Längere(Oligonukleotid-)Sequenzen hybridisieren spezifisch bei höheren Temperaturen. Im Allgemeinen werden stringente Bedingungen so ausgewählt, dass die Temperatur etwa 5°C unter dem thermischen Schmelzpunkt (Tm) für die spezifische Oligonukleotidsequenz liegt. Die Tm ist die Temperatur (unter definierter Ionenstärke, pH und Nukleinsäurekonzentration), bei der 50% der zu der Zielsequenz komplementären Moleküle zu der Zielsequenz im Gleichgewichtszustand hybridisieren. Typischerweise sind stringente Bedingungen solche, bei denen die Salzkonzentration mindestens ungefähr 0,01 bis 1,0 M Natriumionen-Konzentration (oder ein anderes Salz) bei einem pH zwischen 7,0 und 8,3 beträgt und die Temperatur mindestens 30°C für kürzere Moleküle (also z. B. 10–50 Nukleotide) beträgt. Zusätzlich können stringente Bedingungen durch Zugabe destabilisierender Agenzien, wie beispielsweise Formamid, erreicht werden.
-
So kann die Hybridisierung etwa unter den folgenden Bedingungen stattfinden: Hybridisierungspuffer: 2 × SSC, 10 × Denhardt's Lösung (Ficoll 400 + PEG + BSA; Verhältnis 1:1:1), 0,1% SDS, 5 mM EDTA, 50 mM Na2HPO4, 2501 lg/ml Heringssperma-DNA; 50 μg/ml tRNA oder 0,25 M Natriumphosphatpuffer pH 7,2, 1 mM EDTA, 7% SDS bei einer Hybridisierungstemperatur von 65°C bis 68°C; Waschpuffer: 0,2 × SSC, 0,1% SDS bei einer Waschtemperatur von 65°C bis 68°C.
-
Die unter c) aufgeführten PCR-Nachweisprimer weisen eine Sequenzidentität von mindestens 80%, vorzugsweise von mindestens 90% und am meisten bevorzugt mindestens 95% zu der unter a) angegebenen PCR-Nachweisprimern oder Teilen davon auf, bezogen auf die in der Tabelle 3 gezeigten Sequenzen der unter a) angegebenen PCR-Nachweisprimer.
-
Vorzugsweise wird die Sequenzidentität von PCR-Nachweisprimern gemäß c) durch Vergleich mit den in Tabelle 1 angegebenen Sequenzen bestimmt. Wenn zwei unterschiedlich lange Nukleinsäuresequenzen miteinander verglichen werden, bezieht sich die Sequenzidentität vorzugsweise auf den prozentualen Anteil der Nukleotidreste der kürzeren Sequenz, die identisch sind mit den entsprechenden Nukleotidresten der längeren Sequenz. Sequenzidentitäten werden üblicherweise über verschiedene Alignment-Programme, wie z. B. CLUSTAL festgestellt. Allgemein stehen dem Fachmann zur Bestimmung der Sequenzidentität geeignete Algorithmen zur Verfügung, z. B. auch das Programm, das unter http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST (z. B. der Link ”Standard nucleotide-nucleotide BLAST”) öffentlich zugänglich und ständig zugänglich ist.
-
In einer anderer Ausführungsform der erfindungsgemäßen diagnostischen Marker ist bevorzugt, wenn die Vorhersage durch den Nachweis der durch die diagnostischen Marker codierten Proteine erfolgt.
-
Es versteht sich, dass dieser Nachweis der durch die diagnostischen Marker codierten Proteine dabei nicht immer für das gesamte Protein erfolgen muss, sondern auch über bestimmte, jeweils spezifische Abschnitte erfolgen kann. Die Proteine können bspw. über spezifische Antikörper, d. h. Antikörper die spezifisch an die Proteine/Proteinfragmente bzw. -abschnitte binden, detektiert werden, bspw. unter Einsatz von Western-Blots und Enzym-gekoppelten Immunabsorptionsassays. Verfahren zum quantitativen Nachweis von Proteinen sind im Stand der Technik hinreichend bekannt, diesbezüglich wird bspw. auf ”Using Antibodies: A laboratory Manual. Ed Harlow/David Lane 1999, Cold Spring Harbor Laboratory Press” verwiesen, das ein entsprechendes Lehrbuch darstellt und Anleitungen zu den beschriebenen Verfahren enthält.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei lediglich ein diagnostische Marker für die Vorhersage der Prädisposition eines Menschen zur Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs verwendet, wohingegen es in anderen Ausführungsformen bevorzugt ist, wenn zwei oder mehrere der in Tabelle 1 oder 2 aufgeführten diagnostischen Marker in Kombination für die Vorhersage verwendet werden.
-
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung ist bevorzugt, wenn die Vorhersage im Vergleich zu mindestens einem den folgenden Markern erfolgt:
- a) dem/den zu testenden Markern entsprechenden Markern aus einer entsprechenden HPV-negativen menschlichen Probe;
- b) dem/den getesteten Markern entsprechenden Markern aus einer HPV-positiven, nicht-progressiven menschlichen Probe; und/oder
- c) Referenzmarker, die auf konstantem Level in verschiedenen menschlichen Gewebe/Flüssigkeiten vorkommen.
-
Mit ”dem/den zu testenden Markern entsprechenden Markern” ist vorliegend gemeint, dass, wenn in einer zu untersuchenden Probe bspw. der Marker TMEM45A (oder einer der anderen hierin offenbarten erfindungsgemäßen Marker) für die Vorhersage zur Prädisposition verwendet werden soll, dann in einer entsprechenden (bekannten) Probe, die nachweislich HPV-negativ oder die HPV-positiv, aber zumindest nicht progressiv ist, ebenfalls der Marker TMEM45A, insbesondere dessen Genexpression, bestimmt wird.
-
Insbesondere ist bevorzugt, wenn die Vorhersage durch den Nachweis einer Veränderung, insbesondere einer Herunter- und/oder Hochregulierung, der Genexpression der diagnostischen Marker im Vergleich zu der Genexpression von zumindest einem der Marker a) bis c) erfolgt:
- a) dem/den getesteten diagnostischen Markern entsprechenden Markern aus einer entsprechenden HPV-negativen menschlichen Probe;
- b) dem/den getesteten diagnostischen Markern entsprechenden Markern aus einer HPV-positiven, nicht-progressiven menschlichen Probe; und/oder
- c) Referenzmarker, die auf konstantem Level in verschiedenen menschlichen Gewebe/Flüssigkeiten vorkommen.
-
Die Erfinder haben in eigenen Versuchen nachgewiesen, dass einerseits bestimmte der Markergene im Vergleich zu den entsprechenden Markern aus einer HPV-negativen bzw. HPV-positiven, aber nicht-progressiven Probe, in ihrer Genexpression entweder hoch- oder herunterreguliert sind, und dass diese unterschiedliche Genexpression der Marker zur Vorhersage der Prädisposition eines Menschen zur Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs eingesetzt werden kann.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist bevorzugt, wenn der Schritt des Nachweisens über die Bestimmung der Genexpression der diagnostischen Marker in der isolierten Probe erfolgt, und insbesondere wenn er über die Bestimmung der Transkripte der diagnostischen Marker und/oder der durch die diagnostischen Marker codierten Proteine erfolgt. Hierbei ist bevorzugt, wenn zum Nachweis der diagnostischen Marker ein PCR-Nachweisprimer eingesetzt wird, der ausgewählt ist aus den in der Tabelle 3 aufgeführten Sequenzen.
-
Die weiter oben für die erfindungsgemäße Verwendung dargestellten Begriffsdefinitionen und Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte auf:
- (a) Isolieren von mRNA aus einer von dem Menschen enthaltenen Probe;
- (b) Umschreiben der in Schritt (a) isolierten mRNA in cDNA;
- (c) In-Kontakt-Bringen der in Schritt b) gewonnenen cDNA Probe mit zumindest einem PCR-Nachweisprimer, der ausgewählt ist aus den in der Tabelle 3 aufgeführten PCR-Nachweisprimern;
- (d) Durchführen einer quantitativen Real-Time-PCR zur Herstellung von Amplifizierungsprodukten der in cDNA umgeschriebnen mRNA der diagnostischen Marker; und
- (e) Bestimmung der in Schritt (d) gewonnenen Amplifizierungsprodukte.
-
Dabei ist in einer Weiterbildung bevorzugt, wenn das Verfahren den zusätzlichen Schritt (f) aufweist:
- (f) Abgleichen der in Schritt (e) bestimmten Amplifizierungsprodukte mit diesen entsprechenden Amplifizierungsprodukten von entsprechenden Vergleichsmarkern aus einer HPV-negativen entsprechenden menschlichen Probe und/oder einer entsprechenden HPV-positiven, aber nicht-progressiven menschlichen Probe, wobei eine Veränderung, insbesondere eine Herunter- und/oder Hochregulierung, der Genexpression der diagnostischen Marker im Vergleich zu den Vergleichsmarkern die Prädisposition eines Menschen, Gebärmutterhalskrebs zu entwickeln, zeigt.
-
Die Isolierung der mRNA kann dabei mit im Stand der Technik bekannten Mitteln erfolgen, bspw. mittels des RNeasy® Mini-Kits der Firma Qiagen, Hilden, Deutschland. Die Umschreibung der so isolierten mRNA kann ebenfalls mit im Stand der Technik bekannten Mitteln erfolgen, bspw. mittels des Reverse-Transkriptase-Kits der Firma Qiagen. Es versteht sich, dass auch andere Mittel und Verfahren von anderen Firmen zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind; diesbezüglich wird auf das Standardwerk von Sambrook und Maniatis verweisen (Molecular Cloning: A Laboratory Manual; Ausgabe Januar 2001).
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, im Übrigen wie auch bei der erfindungsgemäßen Verwendung bevorzugt, wenn parallel zum Nachweis der diagnostischen Marker Referenzmarker nachgewiesen werden.
-
Dabei soll vorliegend ”Referenzmarker” jeder diagnostische Marker bzw. jedes menschliche Gen bedeuten, das ubiquitär vorkommt und auf konstantem Level in verschiedenen Genen exprimiert wird, wobei die Expression der Gene unter verschiedenen Bedingungen konstante bleibt.
-
Vorliegend sind für die erfindungsgemäße Verwendung sowie für das Verfahren insbesondere zumindest eines der folgenden Referenzgene, bzw. deren Genexpressionsprodukte bevorzugt, die die folgenden offiziellen Gennamen besitzen: ASAH1 (N-Acylsphingosin-Amidhydrolase 1, HIGD1A (HIG1 Domain Family Member 1A; Hyoxie-induzierbares Gen 1), SERP1 (Stress-assoziiertes Endoplasmatisches Retikulum-Protein 1), PGK1 (Phosphoglyceratkinase).
-
Anhand der Referenzgene können bspw. die Transkriptionsmuster der mRNA zwischen verschiedenen Proben standardisiert werden, und somit dann die erhaltenen relativen Mengen miteinander verglichen werden.
-
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung sowie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ferner bevorzugt, wenn die zu untersuchende, von einem Menschen isolierte Probe eine Gewebe- oder Körperflüssigkeitsprobe ist, und insbesondere eine Biopsie-, eine Zervixzellenprobe und/oder ein Papanicolaou-Abstrich ist.
-
Die erfindungsgemäßen PCR-Nachweisprimer sind ausgewählt aus zumindest einem der folgenden:
- (a) ein in Tabelle 3 aufgeführter PCR-Nachweisprimer oder dessen komplementärer Strang;
- (b) PCR-Nachweisprimer, die unter stringenten Bedingungen an die in (a) definierten PCR-Nachweisprimer hybridisieren, oder Fragmente davon; und
- (c) PCR-Nachweisprimer, die eine Sequenzhomologie von mindestens 80%, vorzugsweise von mindestens 85%, 90%, 95%, 98% zu den in (a) definierten PCR-Nachweisprimern besitzen und mit denen die diagnostischen Marker ebenfalls nachgewiesen werden können
-
Zu den unter den Alternativen a), b) und c) aufgeführten PCR-Nachweisprimern, deren Bestimmung bzw. Definition und/oder Auffinden gelten die weiter oben für die erfindungsgemäße Verwendung ausgeführten Bestimmungen, Definitionen, Mittel zum Auffinden.
-
Der erfindungsgemäße Kit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist dabei zumindest einen erfindungsgemäßen PCR-Nachweisprimer, vorzugsweise ein in Tabelle 3 aufgeführtes PCR-Nachweisprimerpaar, oder die in Tabelle 3 aufgeführten PCR-Nachweisprimerpaare, die unter stringenten Bedingungen an die in der Tabelle 3 aufgeführten PCR-Nachweisprimerpaare hybridisieren, oder Fragmente davon, auf.
-
Es versteht sich, dass neben dem zumindest einen PCR-Nachweisprimer bzw. dem PCR-Nachweisprimerpaar weitere, für das erfindungsgemäße Verfahren im Stand der Technik bekannte Reagenzien und/oder Substanzen enthalten sein können, mithin also Mittel, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Solche Mittel, Reagenzien, Substanzen sind insbesondere Mittel zum Durchführen einer Polymerase-Ketten-Reaktion, also bspw. die hierfür notwendigen Puffer und Enzyme, Nukleotide. Dem Fachmann wird klar sein, welche Reagenzien zusammen mit den erfindungsgemäßen PCR-Nachweisprimern in dem Kit enthalten sein müssen, um das erfindungsgemäße Verfahren erfolgreich durchführen zu können.
-
Auch für die im erfindungsgemäßen Kit vorliegenden PCR-Nachweisprimer/PCR-Nachweisprimerpaare gelten die weiter oben für die erfindungsgemäße Verwendung ausgeführten Bestimmungen, Definitionen, und Mittel zum Auffinden.
-
Der Kit kann ferner PCR-Nachweisprimer zum Nachweis von zumindest einem Referenzmarker enthalten, insbesondere zumindest eines der folgenden: ASAH1 (N-Acylsphingosin-Amidhydrolase 1, HIGD1A (HIG1 Domänen Familienmitglied 1A; Hypoxie-induzierbares Gen 1), SERP1 (Stress-assoziiertes Endoplasmatisches Retikulum-Protein 1), PGK1 (Phosphoglyceratkinase) bzw. Genexpressionsprodukte davon.
-
Es versteht sich, dass die obenstehend beschriebenen und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung der Beispiele bzw. Ausführungsbeispiele sowie anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Übersicht über die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte Kohortenstudie
-
2 ein Balkendiagramm, das die Korrelation von Microarray-Experimenten, bei denen Veränderungen in der Genexpression in Proben bestimmt wurden, und quantitativen Real-Time-PCR-Experimenten, mit welchen ebenfalls die Veränderung der Genexpression in Proben untersucht wurden, graphisch darstellt, und für dessen Erstellung die Ergebnisse der HPV-negativen und HPV-positiven Proben verglichen wurden; und
-
3 ein Balkendiagramm, das die Korrelation von Microarray-Experimenten, bei denen Veränderungen in der Genexpression in Proben bestimmt wurden, und quantitativen Real-Time-PCR-Experimenten, mit welchen ebenfalls die Veränderung der Genexpression in Proben untersucht wurden, graphisch darstellt, und für dessen Erstellung die Ergebnisse aus der Gruppe der HPV-positiven Progressoren und der HPV-positiven nicht-Progressoren verglichen wurden.
-
Detaillierte Beschreibung der Figuren und der Ausführungsbeispiele
-
Material und Methoden:
-
Wie bereits weite oben erwähnt, stammt das Untersuchungsmaterial für die vorliegende Erfindung aus einer dänischen Kohorten-Studie, für die Frauen zwischen 20 und 29 Jahren zufällig ausgewählt wurden. 1 zeigt eine Übersicht des in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Probenmaterials. So wurden, in den Jahren 1991 bis 1993 Proben von Endo- und Ektozervix von ca. 11088 dänischen Frauen entnommen, sowie Pap-Abstriche vorgenommen; beide Proben wurden in Puffer überführt und dahingehend untersucht, ob diese HPV-negativ oder HPV-positiv waren. In den Jahren 1993 bis 1995 erfolgte die zweite Untersuchung von 78% der zuvor untersuchten Frauen, und zehn Jahre später, im Jahr 2005, erfolgte die Verlinkung mit der Pathologie-Datenbank, wonach die Frauen identifiziert wurden, die leichte bis schwere Dysplasien/Karzinome entwickelten.
-
1 erläutert auch schematisch, dass unter einer transienten Infektion HPV-Infektionen zu verstehen sind, die nach einem bestimmten Zeitraum (2 Jahre) nicht mehr nachweisbar sind und damit nach dem Zeitraum keine HPV-Infektion mehr vorliegt. (also: HPV-Positive bei der ersten Untersuchung wurden bei der zweiten Untersuchung als HPV-Negative diagnostiziert). Bei diesen kam es dann, ebenso wie bei bereits mit der ersten Untersuchung diagnostizierten HPV-Negativen, zu keiner Progression. IM Gegensatz hierzu zeigten die auch bei der zweiten Untersuchung HPV-Positiven eine Progression.
-
Für die Genexpressionsanalyse mittels Microarray, mit dem die Genexpression vieler Gene aus einer geringen Menge Probenmaterial gleichzeitig bestimmt werden kann, wurden Profile von 52 Proben (entnommen in der zweiten Phase) der dänischen Kohorte bestimmt und untereinander verglichen. Die Analyse wurde bezüglich HPV-Negativen gegen HPV-Positive, HPV16-positive ohne Progression, d. h. ohne zytologische Auffälligkeiten nach zehn Jahren Follow-up) gegen HPV16-positive Progressoren, d. h., während des 10-Jahres Follow-ups (Weiterverfolgung) wurde eine leichte Dysplasie, eine schwere Dysplasie, ein Carcinoma in situ (im Folgenden Auch: CIS), oder Krebs/ein Karzinom diagnostiziert. Die Gene, für die eine differentielle Genexpression nachgewiesen wurde, sind in den obigen Tabellen 1 und 2 mit ihrem jeweiligen Gennamen aufgeführt.
-
Durch den Vergleich der Gruppen wurden einerseits Gene identifiziert, die in HPV-Negativen Proben eine andere Expression zeigten als die HPV16-positiven Probe, und andererseits wurden Gene identifiziert, deren Expression unterschiedlich war zwischen Frauen, die keine histologische Veränderungen während des Follow-ups aufwiesen, und Frauen, die im weiteren Verlauf Dysplasien und Karzinome entwickelten.
-
Um die mittels der Microarray-Analyse gewonnenen Erkenntnisse über die differentielle Genexpression zu validieren, wurden die Proben mittels quantitativer Real-Time-(Echtzeit)Polymerase Kettenreaktion untersucht. Hierzu wurden bisher die folgenden Proben untersucht: 19 Proben HPV-negativ (keine Dysplasie bis zur zweiten Untersuchung), sowie insgesamt 81 Proben HPV 16-positiv, davon 37 nicht-progressive (ohne Dysplasieentwicklung) und 44 progressive, davon wiederum 10 Proben mit leichten Dysplasien, 20 Proben mit schweren Dysplasien, 12 mit CIS und 2 mit Krebs/Karzinom.
-
Die Gesamt-RNA der bei –80°C eingefrorenen Proben wurde mittels eines modifizierten RNeasy Mini-Kits (Qiagen, Hilden, Deutschland) isoliert, wofür die Proben kurz und vorsichtig aufgetaut wurden.
-
Entweder wurde die so isolierte RNA dann direkt mittels des Reverse-Transcription-Kits (Qiagen) in cDNA umgeschrieben, oder aber zunächst noch zur Generierung von cRNA amplifiziert, und dann in cDNA umgeschrieben.
-
Für die quantitative Real-Time-PCR wurden Primer entworfen, die für die einzelnen Gene spezifisch sind. Die schließlich entwickelten Primer erfüllten demnach die folgenden Eigenschaften: a) die Sequenz, an die der Primer bindet, kommt im menschlichen Genom nur einmal vor; b) die hybridisierende Sequenz war 18 bis 23 Nukleotide lang; c) die Schmelztemperatur lag zwischen 58°C und 62°C (Optimum: 60°C); d) der GC-Gehalt der Komplettsequenz war zwischen 30% und 80% (Optimum: 50%).
-
Die schließlich generierten Primer sind in Tabelle 2, rechte Spalte, sowie in Tabelle 3 aufgeführt.
-
Die quantitative Real-Time-PCR wurde im LightCycler 480 (Roche, Mannheim, Deutschland) durchgeführt, wofür die spezifischen Primer und SYRER Green verwendet wurde, das sich in doppelsträngige DNA einlagert. Durch diese Bindung wir die emittierte Fluoreszenz bei gleicher Anregungsintensität um ein Vielfaches verstärkt. Im LightCycler wird während der Amplifikation nach jedem Zyklus am Ende der Elongationsphase die Fluoreszenz gemessen. Der jeweilige Ansatz für die Real-Time-PCR war wie folgt:
20 μl Ansatz: | 10 μl SybrGReen I Master (Roche) |
| 2 μl forward Primer (3 μM) |
| 2 μl reverse Primer (3 μM) |
| 1 μl H2O (DEPC-behandelt) |
-
Anschließend wurden jeweils 5 μl der entsprechenden cDNA hinzugefügt und folgendes Programm durchgeführt:
Initialer Aktivierungsschritt: | 95°C | 5 min |
Denaturierung: | 94°C | 15 sec |
Primerbindung: | 55°C | 30 sec |
Produkt-Amplifikation: | 72°C | 30 sec |
Schmelzkurve: | 95°C | 5 min |
| 65°C | 1 min |
| 72°C | |
Ende | 4°C | |
-
Mittels der dazugehörigen Software (Roche) konnte der Crossing Point(CP-)-Wert, also der Zyklus, an dem sich die Signalintensität der cDNA-Probe von der Hintergrundfluoreszenz abhebt, bestimmt werden. Dieser CP-Wert dient als indirekter Indikator der Genexpression, d. h. Proben mit einer hohen Genexpression eines Gens zeigen kleinere CP-Werte als eine Probe mit geringerer Genexpression.
-
Zusätzlich zu den Genen, die in den Microarrays eine unterschiedliche Expression zwischen den zu untersuchenden Gruppen zeigten, wurden auch Referenzgene gemessen, die fast keine Unterschiede zeigten. Mittels der Referenzgene wurden die untersuchten Gene normalisiert. Jede PCR umfasste mindestens eine Template-Kontrolle und zwei Positivkontrollen. Für den Vergleich der Ergebnisse aus den Microarray-Tests und der qRT-PCR wurde die n-fache Expression mit Hilfe der folgenden Formel berechnet: n-fache Expression = (Effizienz Zielgen)ΔCPZielgen (Kontrolle-Probe)/(Effizienz Referenz)ΔCPReferenz (Kontrolle-Probe)
-
Ergebnisse
-
In der Tabelle 2 sind in der linke Spalte diejenigen Namen der Markergene aufgeführt, deren Expression mittels der qRT-PCR untersucht wurden. In der zweiten Spalte findet sich die Sequenz dieser Gene, und in der dritten Spalte die für die Amplifikation eines bestimmten, charakteristischen bzw. spezifischen Abschnitts der Markergene eingesetzten Oligonukleotide/PCR-Nachweisprimer. Ferner ist in der dritten Spalte auch die Größe des Reaktionsproduktes angegeben.
-
Ausgewählt wurden die folgenden Marker, bzw. Gene:
Chemokin (C-C Motiv) Rezeptor-ähnliches Protein 2 (CCRL2), Tumornekrosefaktor, alpha-induziertes Protein 6 (TNFAIP6), die beide in der Expression verringert waren; CD44-Antigen, KIAA1815 und das Transmembran-Protein45A (TMEM45A), deren Expression sämtlich induziert war. Die vorstehenden Gene wurden beim Vergleich von HPV-positiven Proben gegen HPV-negativen Proben identifiziert.
-
Ferner wurden die folgenden Marker beim Vergleich der HPV16-positiven, nicht-progressiven Proben mit den HPV16-positiven, progressiven Proben identifiziert:
Serpin-Peptidase-Inhibitor, Member 5 (SERPINB5), Cullin-assoziiertes und Neddylierungs-dissoziiertes Protein 1 (CAND1), Spaltungs- und Polyadenylierungs-spezifischer Faktor 2 (CPSF2), Splice-Faktor 3b, Untereinheit 3 (SF3B3), deren Genexpression sämtlich induziert war, und SEC14-ähnliches Protein 1 (SEC14L1), dessen Genexpression verringert war.
-
Als Referenzgene, die zur Normalisierung der Proben verwendet wurden, wurden die folgenden Gene eingesetzt:
ASAH1 (N-Acylsphingosin-Amidhydrolase 1, HIGD1A (HIG1 Domänen Familienmitglied 1A; Hypoxie-induzierbares Gen 1), SERP1 (Stress-assoziiertes Endoplasmatisches Retikulum-Protein 1), PGK1 (Phosphoglyceratkinase), bzw. Genexpressionsprodukte davon.
-
Weitere Informationen zu den genannten Genen sind, wie bereits weiter oben erwähnt, über deren angegebene Abkürzungen bspw. in der Datenbank des National Center für Biotechnology Information (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez) unter dem Suchwerkzeug ”Gene” zu finden.
-
Da viele der aus den Proben extrahierte RNAs eine geringe Konzentration zeigten, wurden für die Microarrays und auch für einen Versuchsansatz der qRT-PCR eine zwei-Runden-Amplifikation der RNA zur Generierung con cRNA durchgeführt, um die RNA-Mengen zu vervielfältigen. Die amplifizierte RNA (und auch nicht-amplifizierte RNA) wurde in cDNA umgeschrieben und für die qRT-PCR eingesetzt.
-
Um die n-fache Expression eines Gens aus den Microarray-Experimenten mit denen der qRT-PCR vergleichen zu können, wurde die veränderte Expression der einzelnen Gene mit einer alternativen Methode berechnet: Hierzu wurde der Median der CP-Werte der einzelnen Proben in einer Gruppe berechnet. Als Referenz dient der Median der PGK1-Werte der jeweiligen Gruppen. Es zeigte sich, dass diejenigen Gene, welche in den Microarrays zwischen HPV-negativen und HPV-positiven Proben eine unterschiedliche Expression aufgezeigt hatten, eine annähernd gleiche Veränderung der Expression in der qRT-PCR zeigten.
-
Die qPCR Daten der cRNA wurden zusätzlich auf statistische Relevanz getestet. Es zeigte sich, dass in der Gruppe der HPV-negativen gegen die HPV16-positiven Proben alle Gene, die in den Microarrays identifiziert wurden, einen signifikanten Expressionsunterschied zeigten, also in allen statistischen Tests p-Werte < 0,05 oder im Fall von TMEM45A sogar < 0,000 (Daten nicht gezeigt).
-
In 2 ist die Korrelation von Daten aus Microarray-Experimenten mit Daten von qRT-PCR-Experimenten gezeigt. Wie dem in 2 dargestellten Balkendiagramm gezeigt, korreliert beim Vergleich von HPV-negativen mit HPV16-positiven Proben das Ausmaß der Genexpressionsveränderungen in qPCR-Experimenten mit cRNA, der Original-RNA und den Microarray-Analysen bei TMEM45A und CD44. Bei TNFAIP6 und CCRL2 wurde eine Deregulation in den Microarray-Analysen beobachtet, die nicht in den qPCR-Experimenten der Original-RNA bestätigt werden konnte. CAND1 ist in cRNA und Original-RNA ähnlich stark reguliert, SERPINBS ist in der Original-RNA stärker als in der cRNA dereguliert.
-
Beim quantitativen Vergleich der Gruppe der Progressoren mit den Nicht-Progressoren zeigte sich nur für SERPINBS und TMEM45A ein deutlicher Expressionsunterschied (siehe 3). CAND1 zeigte im Gegensatz zu Microarray und cRNA-Analyse keine Deregulation in der Original-RNA. Im Einklang mit der Signifikanzanalyse konnte keine Deregulation für CCRL2, CD44 oder TNFAIP6 beobachtet werden.
-
In weiteren Versuchen sollten weitere Marker für die Progression und Persistenz von HPV-Infektionen untersucht werden. So wurden in einem Versuchsansatz die Mengen an E6/E7-Transkripten bestimmt. Hierzu wurde ein E7-spezifisches Primerpaar, welches den 5'-Bereich der viralen RNA detektiert und ein E4-spezifisches Primerpaar, welches den 3'-Bereich der HPV 16 Transkripte detektieren kann, entwickelt (siehe Tabelle 2, linke Spalte und Tabelle 3, rechte Spalte)
-
Zusätzlich wurden die Transkriptmenge an CDKN2A untersucht; dieses Gen codiert für zwei strukturell unterschiedliche Proteine, p16 und p14ARF.
-
In der Original-RNA wurden die relativen mRNA-Mengen von HPV16E4, HPV16E7 und CDKN2A durch qPCR bestimmt. Die Auswertung erfolgte nach Normalisierung mit PGK1. Statistische Unterschiede wurden, wie bereits für die anderen, weiter oben geschilderten Versuche, mittels des Wilcoxon-Tests berechnet. Die Auswertung ergab für die viralen Transkripte E4 und E7 eine erwartet hohe Signifikanz zwischen HPV-positiven und HPV-negativen Proben (p = 0,0002). Auch für die Expression des CDKN2A Gens war ein signifikanter Unterschied zwischen diesen Gruppen festzustellen (p = 0,00029). Auch zwischen den beiden HPV-positiven Gruppen (Progressoren/Nicht-Progressoren) war für E4 und für CDKN2A ein signifikanter Unterschied festzustellen (p = 0,02 bzw. p = 0,0053).
-
Diskussion
-
Mit den vorliegenden Ergebnissen konnte gezeigt werden, dass die getesteten und untersuchten Gene nicht nur geeignete Surrogatmarker für das Vorliegen einer persistenten HPV-Infektion sind, sondern auch dass eine Veränderung der Genexpression der bestimmten Marker einen prognostischen Marker für die Entstehung von Gebärmutterhalskrebs und Krebsvorstufen wie Dysplasien darstellt.
-
So konnte anhand der oben dargestellten Versuche gezeigt werden, dass bspw. die Erhöhung der CDKN2A-, SERPINB5-, TMEM45A-RNA ein Marker für eine HPV-Infektion und ein Marker für die Prognose zur Entwicklung von Gebärmutterhalskrebs ist. Weitere Kandidaten aus der in Tabelle 1 dargestellten Markerliste befinden sich gegenwärtig in der Testung.
-
Ferner konnte gezeigt werden, dass eine Erhöhung der Menge an E6/E7 RNA, bzw. eine Erhöhung der frühen viralen Transkription (E4 Primer) einen prognostischen Marker für die Progression von persistent HPV16 infizierten Menschen darstellt. Die hierbei geeigneten Primerpaare sind im 3'-Bereich der frühen viralen Transkription lokalisiert, so dass sich zusätzlich zu den E6/E7 Transkripten auch E1^E4 Transkripte nachweisen lassen. SEQUENZ PROTOKOLL