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Technisches
Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen diagnostischen Assay zur Bestimmung des
Risikos einer Krebserkrankung, der auf der Sequenz der 3'untranslatierten
Region des Prohibitin-Gens beruht.
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Hintergrund
der Erfindung
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Obwohl
der Erfolg von Krebsbehandlungen stark von einem frühen Nachweis
abhängt,
werden viele Krebsarten in frühen
Krankheitsstadien nicht diagnostiziert. Brustkrebs ist die zweithäufigste
Ursache für
mit Krebs im Zusammenhang stehende Todesfälle bei Frauen in Nordamerika.
Prostatakrebs ist die häufigste, nicht
die Haut betreffende maligne Erkrankung bei Männern. Das Auftreten von Prostatakrebs
erhöht
sich mit zunehmendem Alter schneller als jede andere Krebsform,
und er führt
häufig
zum Tode, ohne vorher diagnostiziert zu werden. Blasenkrebs kann
potentiell geheilt werden, wenn er in den frühen Stadien der Tumorentwicklung
behandelt wird, aber die Rückfallraten
sind hoch. Ovarialkrebs ist die häufigste Ursache von gynäkologischen
Krebs-Todesfällen, wobei
bei den meisten Patientinnen die Diagnose in fortgeschrittenen Stadien der
Erkrankung gestellt wird. Lungenkrebs ist die häufigste Ursache bei Todesfällen durch
Krebs und liegt in Bezug auf die Wahrscheinlichkeit des Auftretens
bei Männern
an zweiter Stelle hinter Prostatakrebs und bei Frauen an dritter
Stelle hinter Brust- und Kolorektalrebs.
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Ein
fortgeschrittener Bereich bei der Früherkennung von Krebs hat sich
auf die Identifikation von Tumorsuppressor-Genen konzentriert. Es
wurde gezeigt, daß Tumorsuppressor-Gene
die Entwicklung vieler Krebsformen regulieren. Beispielsweise konnte
in Zellinien und/oder Tumorproben von Brust-, Prostata- und Ovarialkarzinoma
eine unnormale Expression eines mutierten p53-Tumorsuppressor-Gens gezeigt werden.
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Rubin,
et al., „Two
prostate carcinoma cell lines demonstrate abnormalities in tumor
suppressor genes," J
Surg Oncol 46:1-6 (1991); Munshi, et al., „p53 molecule as a prognostic
marker in human malignancies," J
La State Med Soc 150:175-178 (1998); Suzuki, et al., „Loss of
heterozygosity on chromosome 6q27 and p53 mutations in epithelial
ovarian cancer," Med
Oncol 15:119-123 (1998). Keimbahnmutationen wurden bei Patienten
mit Brust- und Ovarialkrebs sowohl im BRCA1- als auch im BRCA2-Gen
gefunden. Randall, et al., „Germline
mutations of the BRCA1 and BRCA2 genes in a breast and ovarian patient," Gynecol Oncol 70:432-434
(1998).
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Das
antiproliferative humane Prohibitin-Gen, das sich auf Chromosom
17q21 befindet (White, et al., „Assignment of the human prohibition
gene (PHB) to chromosome 17 and identification of a DNA polymorphism),
wurde im Zusammenhang mit verschiedenen Krebsarten untersucht," Genomics 11:228-230
(1991)). In einer Studie wurde eine große Anzahl humaner Tumore der
Brust, Ovarien, Leber und Lunge bezüglich somatischer Mutationen
im Prohibitin-Gen untersucht, und obwohl bei ein paar sporadischen
Brustkrebsfällen Mutationen
gefunden wurden, wurden keine bei irgendeiner der anderen Krebsarten
identifiziert. Sato, et al., „The
human prohibitin (PHB) gene family and its somatic mutations in
human tumors," Genomics
17:762-764 (1993). Cliby et al. zeigten auch, daß das Prohibitin-Gen keine
Rolle bei der Ovarialkarzinogenese spielt. Cliby, et al., „Absence
of prohibitin gene mutations in human epithelial ovarian tumors," Gynecol Oncol 50:34-37 (1993).
Asamoto und Cohen zeigten, daß Prohibitin-Überexpression
aber nicht Mutation im frühen
Stadium der Ratten-Blasenkarzinogenese involviert war. Asamoto,
M. und Cohen, S.M., „Prohibitin
gene is overexpressed but not mutated in rat bladder carcinomas
and cell lines," Cancer
Lett 83:201-207 (1994).
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Obwohl
Prohibitin ein initiales Kandidaten-Gen für einen familiären Brust-
und Ovarialtumorsuppressor-Lokus war, was auf einem häufigen Verlust
von Heterozygozität
in dieser Region bei Fällen
von familiärem und
sporadischen Brustkrebs beruhte (Sato, et al., „The human prohibitin gene
located on chromosome 17q21 in sporadic breast cancer," Cancer Res 52:1634-1646
(1992)), resultierten Positional-Cloning-Studien in der Identifizierung
von BRCA1 und nicht Prohibitin als familiäres Brustkrebs-Gen auf Chromosom
17 (Miki, et al., „A
strong candidate for the breast and ovarian cancer susceptibility
gene BRCA1," Science
266:66-71 (1994)). Zusätzliche
Studien haben keine somatischen Mutationen in der für das Prohibitin-Protein
kodierenden Region in Fällen
von familiärem/vererbtem
Brustkrebs identifiziert, was darauf hindeutet, daß die proteinkondierende Region
bei Brustkrebs nicht häufig
mutiert ist. Sato et al., Genomics 17:762-764 (1993).
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In
WO 96/40919 identifizierten Dell'Orco
et al. Mutationen in der 3'untranslatierten
Region (3'UTR) des Prohibitin-Gens
(SEQ ID NO:1), die ein diagnostischer Hinweis auf ein erhöhtes Risiko
einer Krebserkrankung und insbesondere auf Brustkrebs sind. Es wurden
die Vollängen-cDNAs
der Brustkrebs-Zellinien BT-20,
MCF7 und SK-BR-3 sequenziert und die auf die 3'UTR beschränkten Mutationen identifiziert.
Bei diesen drei Zellinien war auch die Zellzyklus-Progression angehalten
wenn Vollängen-Prohibitin Transskript
durch Mikroinjektion eingeführt
wurde. Alle waren auch homozygot für das B-Allel. Verglichen mit
der Sequenz der Wildtyp-Prohibitin 3'UTR (WT) (SEQ ID NO:1) wurden zwei Punktmutationen
bei BT-20 gefunden: G (Guanin) zu A (Adenin) an Position 758 und
T (Thymin) zu C (Cytosin) an Position 814. MCF7 hatte ebenfalls
zwei Punktmutationen: G zu A an Position 236 und C zu T an Position
729. SK-BR-3 zeigte 26 Punktmutationen, einschließlich einer Veränderung
von C zu T in Position 729. MCF7 und SK-BR-3 hatten demnach beide
eine Mutation von C zu T an Position 729.
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In
WO 98/20167 offenbarten Jupe et al., im Gegensatz zu den Lehren
früherer
Arbeiten auf dem Prohibitingebiet, daß diese Veränderung von C zu T an Position
729 nicht das Resultat einer somatischen Mutation darstellt, sondern
vielmehr das Resultat einer natürlichen
allelischen Variation an diesem Punkt ist, d.h. daß es sich
um einen Keimbahnpolymorphismus handelt. Weiterhin ist es ein Keimbahnpolymorphismus,
der als Suszeptibilitätsmarker
für Brustkrebs
verwendet werden kann. Träger
des T-Allels (C/T) haben ein etwa zweifach erhöhtes Risiko Brustkrebs zu entwikkeln.
Weiterhin zeigen Daten, daß die
Häufigkeit
für das
homozygote Auftreten von 729-T bei Brustkrebspatientinnen in etwa
vier- bis fünfmal
höher zu
sein scheint als bei nichtbetroffenen Frauen, daß 4% aller Fälle von
Brustkrebs sich bei Frauen entwickeln, die homozygot T/T sind (die wohl
weniger als 1% der nichtbetroffenen Frauen ausmachen) und daß deren
Risiko, im Laufe des Lebens Brustkrebs zu entwickeln, etwa 50% beträgt.
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Es
wurde nun gefunden, daß das
Prohibitin-Gen, das auf Chromosom 17q21 in der Nähe des BRCA1-Locus lokalisiert
ist, einen Keimbahnpolymorphismus in der 3'UTR aufweist, der als Suszeptibilitätsmarker
für andere
Krebsarten verwendet werden kann.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 illustriert
die 5'-3'-Sinn-Sequenz der
Wildtyp-Prohibitin 3'UTR
und die Lage der Primer (unterstrichen), die für einen AflIII Restriktionsfragment-Längenpolymorphismus
(RFLP)-Assay zur Genotypsisierung eingesetzt werden können. Der
Assay wird in zwei Schritten durchgeführt, wobei das initiale Primer-Paar P1/P2
zur PCR-Amplifikation verwendet wird.
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Die
initialen PCR-Reaktionsprodukte werden dann auf einem 2,5% Agarosegel
laufengelassen, und die 852 bp Bande wird ausgeschnitten und aufgereinigt.
Das 852 bp Fragment wird mit einem der Primer-Sätze P3/P2 oder P4/P2 als Templat
in einer PCR-Reaktion
eingesetzt, um ein Subfragment herzustellen. Dieses Subfragment
wird mit Microspin-Säulen
(Pharmacia) aufgereinigt und mit AFlIII verdaut. Die Primer P1,
P3 und P4 sind allesamt Sinn-Primer. Primer P2 ist ein Antisinn-Primer,
dessen Sequenz 5'-GGAAGGTCTGGGTGTCATTT-3' (SEQ ID NO:2) ist.
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2 illustriert
die 5'-3'-Sinn-Sequenz des
Prohibitin-Gens, die in Intron 6 beginnt, die proteinkodierende
Region von Exon 7 enthält
und sich bis zum Ende der 3'UTR
fortsetzt. Die Primer P1' (SEQ
ID NO: 3) (vorwärts)
und P2 (SEQ ID NO: 2) (rückwärts) werden
dazu verwendet, um das PCR-Fragment zu synthetisieren, das für einen
AFlIII RFLP Genotypisierungs-Assay verwendet wird. Das 1237 bp Fragment
(von Position 93 bis Position 1328 in 2), das
synthetisiert wird, wird mit AflIII verdaut, um den Genotyp zu bestimmen. Das
Symbol "*" ist unter dem Nukleotid,
das den Beginn der 852 bp 3'UTR
kodierenden Sequenz markiert (1), und
die Zahlen rechts von der Sequenz bezeichnen die Basennummer für die 852
bp 3'UTR kodierende
Sequenz. Das Symbol "++++++" ist unter der Lage
der konstitutiven AflIII Stelle, während das Symbol "******" unterhalb der Lage
der polymorphen Stelle ist. Spaltung durch AflIII geht verloren,
wenn die Stelle ATGTGT ist. Der C zu T Polymorphismus tritt an Position
729 in der 852 bp UTR (1 und SEQ ID NO:1) und an Position
1205 in dieser Sequenz (2 und SEQ ID NO:9) auf. Diese
Abbildung zeigt weiterhin den VorwärtsP3'-Primer (SEQ ID NO: 4) und den Rückärts-P4'-Primer (SEQ ID NO:
5), die verwendet werden, um die 442 bp Sonde zu synthetisieren,
die in Southern Blotting-Experimenten
verwendet wird, die in Beispiel 1 beschrieben sind. 3 zeigt
die diagnostischen Restriktionsfragment-Längenpolymorphismusanalyse (RFLP)-Muster,
die mit dem PCR Assay erhalten wurden, der in 2 beschrieben
ist.
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Die
illustrierten Genotypen sind folgende: 1-C/C; 2-C/T; 3-T/T. Die
beobachteten Größen der
Fragmente sind links neben der Abbildung gezeigt. Das 671 bp Fragment
ist allen Genotypen gemein. Das Muster, das hier für die 566
bp und 442 bp Fragmente gezeigt ist, wird auch bei genomischen Southern
Blots beobachtet, wenn die 442 bp Sonde verwendet wird.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Es
wurde ein einfacher Test entwickelt, um die Suszeptibilität eines
Individuums zu bestimmen während
seiner Lebenszeit Krebs zu entwickeln, der auf den Häufigkeiten
der C/C, C/T und T/T Keimbahngenotypen an Position 729 (wie in 1 der
Anmeldung definiert) in der Prohibitin 3'UTR bei Kontrollen und Krebsfällen basiert.
Die Bestimmung des Keimjbahn-Prohibitin-Gentoyps eines Individuums
in Bezug auf Position 729 der 3'UTR
stellt ein Vorhersageinstrument für die Wahrscheinlichkeit eines
Individuums, Krebs zu entwickeln, zur Verfügung; d.h. ob das Individuum
homozygot Thymin (T/T) oder homozygot Cytosin (C/C) oder heterozygot
(C/T) an Position 729 ist.
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Um
den Genotyp eines Individuums an Position 729 zu bestimmen, kann
genomische DNA aus einer großen
Vielzahl von Patientenproben mit Standardtechniken isoliert werden.
Vorzugsweise wird die genomische DNA entweder aus Blut oder bukkalen
Zellabstrichen isoliert, wie in Beispiel 1 beschrieben. Im Anschluß an die
Präparation
der genomischen DNA muß die
Region, die die Base 729 der Prohibitin 3'UTR enthält, amplifiziert werden, oder
die genomische DNA kann direkt verdaut werden (Beispiel 1). Wie
die Präparation
der genomischen DNA kann auch dies mit einer großen Vielzahl von Standardtechniken
durchgeführt
werden. Vorzugsweise wird diese Region mit Polymerase-Kettenreaktion
("PCR")-Techniken amplifiziert, wie in Beispiel
1 beschrieben.
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Vorzugsweise
wird im Anschluß an
die PCR-Amplifizierung eine Restriktionsfragment-Längenpolymorphismus
("RFLP")-Analyse durchgeführt, wie
in Beispiel 1 beschrieben. Diese Analyse beruht darauf, daß die Substitution
von C durch T an Position 729 der 3'UTR im Verlust der Spaltbarkeit durch
die Restriktions-Endonuklease
AflIII in deren Sechs-Basen-Erkennungsregion, die Position 729 überspannt,
resultiert. Alternativ könnte
die PCR-amplifizierte
Sequenz an Position 729 auch mit jedem anderen Mittel zur Unterscheidung
von Sequenzvarianten bestimmt werden, wie durch direkte Sequenzierung
unter Verwendung von AmpliCycleTM PCR Kit
(Perkin Elmer) oder Southern Blotting.
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Die
Möglichkeit
zur genauen Bestimmung des Genotyps eines Individuums in Bezug auf
Position 729 dient einer Vielzahl von nützlichen Zwecken. Zu allererst,
wie bereits oben beschrieben, stellt es ein Mittel zur Verfügung, mit
dem die Wahrscheinlichkeit eines Individuums, während seiner Lebenszeit Krebs
zu entwickeln, vorhergesagt werden kann. Bei denen, bei denen ein
erhöhtes
Risiko diagnostiziert wird, könnte
eine erhöhte
Aufmerksamkeit bezüglich
des erhöhten
Risikos im Zusammenhang mit häufigeren
Untersuchungen zu einer früheren
Erkennung des Krebses und höheren Überlebenschancen
führen.
Das wäre
besonders nützlich
für die
Neugeborenen bis 40-Jährigen,
die im Allgemeinen bisher nicht auf Krebsentwicklung untersucht werden.
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Der
Assay könnte
ferner im Rahmen der genetischen Beratung eingesetzt werden. In
Fällen,
bei denen beide Eltern homozygot für das T-Allel (T/T an Position
729) sind, beträgt
die Wahrscheinlichkeit für
die Geburt eines Kindes mit dem T/T-Genotyp 100. Im Gegensatz dazu
beträgt
in Fällen,
bei denen beide Eltern homozygot für das C-Allel (C/C an Position
729) sind, die Wahrscheinlichkeit für die Geburt eines Kindes mit dem
T/T-Genotyp 0%.
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Wenn
nur ein Elternteil homozygot für
das T-Allel ist, oder wenn ein oder beide Elternteile heterozygot (C/T
an Position 729) sind, liegt die Wahrscheinlichkeit für die Geburt
eines Kindes mit dem T/T-Genotyp irgendwo zwischen diesen beiden
Extremen und kann gemäß klassischer
Mendelscher Genetik bestimmt werden. In Abhängigkeit von ihren Genotypen
könnten
die Eltern eines Kindes dann den Genotyp des Kindes als Neugeborenes
oder selbst pränatal
bestimmen lassen. Diese Information könnte dann, wie oben beschrieben, verwendet
werden, um einen optimalen Untersuchungsplan festzulegen, um frühe Erkennung
und Behandlung von Krebs sicherzustellen.
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Dieser
Assay könnte
ferner zur Krebsprognose, zur Vorhersage eines krankheitsfreien
Intervalls, zur Vorhersage der Langzeitüberlebensrate und zur Festlegung
der Therapie sowohl bei Frauen als auch bei Männern eingesetzt werden.
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Prostatakrebs
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Tabelle
I zeigt Keimbahn-Prohibitin-Genotypen für Prostatakrebspatienten und
männliche
Kontrollen. Das Durchschnittsalter ± Standardabweichung für die Kontroll-
bzw. Patientengruppe betrug 41,2 ± 13,6 und 73,9 ± 8,4 Jahre.
Die Mehrheit der Patienten und Kontrollen (95%) sind kaukasische
Männer,
die in Oklahoma ansässig
sind. Das potentielle relative Risiko von Prostatakrebs wurde im
Sinne des Odds Ratio (OR) bestimmt.
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Tabelle
I: Genotyp- und Allelhäufigkeiten
von 3'UTR-Varianten
bei Prostatakrebsfällen
und der männlichen Kontrollen
a
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Ein
geschätztes,
kombiniertes Odds Ratio für
Subjekte, die C/T haben, und Subjekte, die T/T haben, d.h. T-Träger, wurde
ebenfalls berechnet als ORT = [(Anzahl der
Prostatakrebspatienten mit C/T + Anzahl der Prostatakrebspatienten
mit T/T) × (Anzahl
der nicht betroffenen Subjekte mit C/C)] – [(Anzahl der Prostatakrebspatienten
C/C) × (Anzahl
der nicht betroffenen Subjekte mit C/T + Anzahl der nicht betroffenen
Subjekte mit T/T)], d.h. (9 × 25) ÷ (6 × 12) =
3,13. Obwohl die berechneten Odds Ratios in Abhängigkeit von der untersuchten
Populationsgrösse
schwanken könnten,
wird erwartet, daß die
hier offenbarten Ratios nützliche
Richtwerte in Bezug auf das Risiko darstellen.
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Ovarialkrebs
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Tabelle
II zeigt Keimbahn-Prohibitin-Genotypen bei Ovarialkrebspatientinnen
und weiblichen Kontrollen. Das Durchschnittsalter ± Standardabweichung
für die
Kontrolle bzw. die Fälle
betrug 40, 0 ± 12,
44 und 62, 3 ± 13,
7 Jahre. Die Mehrheit der Fälle
bzw. Kontrollen (95%) sind kaukasische Frauen die ansässig in Oklahoma
sind. Das potentielle relative Risiko von Ovarialkrebs wurde ebenfalls
im Sinne des Odds Ratio (OR) untersucht.
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Ein
geschätztes,
kombiniertes Odds Ratio für
Subjekte, die C/T haben, und Subjekte, die T/T haben, d.h. T-Träger, wurde
ebenfalls berechnet als ORT = [(Anzahl der
Ovarialkrebspatientinnen mit C/T + Anzahl der Ovarialkrebspatientinnen
mit T/T) × (Anzahl
der nicht betroffenen Subjekte mit C/C)] – [(Anzahl der Ovarialkrebspatientinnen
C/C) × (Anzahl
der nicht betroffenen Subjekte mit C/T + Anzahl der nicht betroffenen
Subjekte mit T/T)], d.h. (7 × 67) – (7 × 29) =
2,31. Wiederum, obwohl die berechneten Odds Ratios in Abhängigkeit von
der untersuchten Populationsgrösse
schwanken könnten,
wird erwartet, daß die
hier offenbarten Ratios nützliche
Richtwerte in Bezug auf das Risiko darstellen.
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Tabelle
II: Genotyp- und Allelhäufigkeiten
von 3'UTR-Varianten
bei Ovarialkrebspatientinnen und weiblichen Kontrollen
a
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Ein
diagnostischer Assay zur Bestimmung des Keimbahn-Prohibitin-Genotyps eines Patienten
in Bezug auf Position 729 der Prohibitin-3'UTR, wie in SEQ ID NO: 1 angegeben,
kann dazu verwendet werden, um die Suszeptibilität eines Patienten für alle Krebstypen
vorherzusagen. Zu den Kandidaten für den diagnostischen Assay
zählen
die generelle Bevölkerung
und im Besonderen Individuen, die von Krebsfällen in der Familiengeschichte
berichten. Ferner kann ein Screening von Sequenzen aus Tumoren oder
Zelllinien auf Anderungen an Position 729 aus der Wildtyp-Prohibitin-3'UTR dazu verwendet werden, um Individuen
zu identifizieren, bei denen der Krebssuszeptibilitäts-Assay
zweckdienlich ist. Beispielsweise wäre ein Patient, von dem die
mit T98G bezeichnete Glioblastom-Zelllinie abgeleitet wurde, die
eine C → T Änderung
an Position 729 zeigt (Jupe et al., „The 3'untranslated region of prohibitin and
cellular immortalization," Exp
Cell Res 224:128-135 (1996)), ein Kandidat für den diagnostischen Assay
bezüglich
der Suszeptibilität
für andere
Krebstypen.
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Als
ein weiteres Beispiel wurde die 852 Basen-Prohibitin-Wildtypsequenz (Genbank
Zugangsnummer U49725) als Suchanfragesequenz in einem BLASTN search
(Altschul, et al., „Basic
local alignment search tool," J
Mol Biol 215:403-410 (1990)) gegen die nicht redundante Datenbank
von expressed sequence tags (ESTs) verwendet. Bei dieser Suche wurden
drei ESTs aus dissektierten Tumoren identifiziert, die potentiell Produkte
des T-Allels an Position 729, wie durch SEQ ID NO: 1 definiert,
der Prohibitin-3'UTR waren. Diese drei
ESTs sind in Tabelle III weitergehend identifiziert. Weiterhin ist
eine Sequenz aus einer humanen Karzinomzelllinie (T84 in Tabelle
III), die von einer Lungenmetastase eines Kolonkarzinoms abgeleitet
wurde, das Produkt eines T-Allels, das außerdem zusätzliche Änderungen in der 3'UTR aufweist. Das
Vorhandensein des T-Allels an Position 729 in diesen Tumoren und
der Zelllinie zeigt eine Änderung
der 3'UTR an, die
entweder eine somatische Mutation oder einen Keimbahnpolymorphismus
darstellt. Durch Anwendung des Krebssuszeptibilitäts-Assays der vorliegenden
Erfindung könnten
die Patienten von denen diese Tumore bzw. Zelllinie abgeleitet wurden,
untersucht werden, um den Keimbahn-Prohibitin-Genotyp in Bezug auf
Position 729 der Prohibitin 3'UTR,
wie in SEQ ID NO:1 definiert, zu bestimmen. Wenn ein Keimbahnpolymorphismus
an Position 729 eindeutig nachgewiesen wird, würde das die erhöhte Suszeptibilität des Patienten
für alle
Krebstypen vorhersagen.
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Tabelle
III: ESTs mit dem T-Allel der Prohibitin-3'UTR
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Beispiel 1: Methodologie
des diagnostischen Assays
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Im
Folgenden wird der diagnostische Assay zur Bestimmung der Krebssuszeptibilität auf der
Basis der Sequenz der 3'UTR
des Prohibitin-Gens beschrieben. Der Assay ist für alle Krebsarten anwendbar.
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Probennahme
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Blutproben
(ungefähr
10 ml) wurden auf dem Wege einer Routine-Venenpunktur in Antikoagulans enthaltende
Röhrchen
gesammelt.
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Bukkale
Zellabstriche wurden unter Verwendung steriler Zytologie-Bürsten gesammelt
(Typ H-Histobrush, 174-600; Spectrum Laboratories, Dallas, TX).
Der Studienteilnehmer wurde instruiert, die Bürste auf der inneren Wange
für 30
Sekunden auf beiden Seiten umherzudrehen. Die Bürste wurde dann in ein steriles Sammelröhrchen eingeführt, eng
verschlossen und bei 4°C
bis zur DNA-Templatpräparation
aufbewahrt.
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DNA-Präparation
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Die
DNA aus den Blutproben wurde mit Hilfe des PureGene Kit (Gentra,
Minneapolis, MN) präpariert.
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Die
DNA aus den bukkalen Zellabstrichen wurde mit einer Methode isoliert,
wie von Horrigan et al., „Polymerase
chain reactionbased diagnosis of Del(5q) in acute myeloid leukemia
and myelodysplastic syndrome identifies a minimal deletion interval," Blood 88:2665-2670
(1996), beschrieben, welche eine Modifikation einer Methode ist,
die ursprünglich
von Richards et al., „Multiplex
PCR amplification from the CFTR gene using DNA prepared from buccal
brushes/swabs," Hum
Mol Genet 2:159-160 (1993), veröffentlicht
wurde.
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Die
Zytologie-Bürste
wurde in ein 1,5 ml Röhrchen überführt, das
0, 6 ml einer 50 mM sterilen NaOH-Lösung enthielt. Der Stiel der
Bürste
wurde abgeschnitten und der Deckel verschlossen. Nach Vortexen für 30 Sekunden
wurde die Probe für
5 Minuten auf 95°C
erhitzt. Das Röhrchen
wurde wieder gevortext und verbliebene Flüssigkeitsreste wurden von der
Bürsten
ablaufen gelassen, bevor diese aus dem Röhrchen entfernt wurde. Die
Lösung
wurde durch den Zusatz von 0,06 ml 1 mM Tris, pH=8,0 neutralisiert.
Nach gründlicher Durchmischung
wurde die Probe bei –20°C gelagert.
Der Assay kann außerdem
an DNA mit hohem Molekulargewicht durchgeführt werden, die aus Haut, aus
Haarfolikeln, und aus nahezu jeder anderen Gewebsquelle sowie aus
Fibroblasten oder Lymphoblasten-Zellinien aufgereinigt wurde. In
diesem Falle kann die DNA mit Hilfe des PureGene Kits (Gentra, Minneapolis,
MN) oder irgend einer ähnlichen
Methode entsprechend den Herstellerangaben aufgereinigt werden.
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Polymerase
Kettenreaktion
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Die
PCR-Reaktionen wurden mit 0,1 μg
der aus Blut aufgereinigten genomischen DNA oder 0,010 ml des bukkalen
Zellabstrichextrakts mit Hilfe von Taq Gold Polymerase durchgeführt (Perkin
Elmer, Foster City, CA). Die verwendeten Reaktionsbedingungen waren
wie folgt: 10 mM Tris-HCl, pH=8,0, 50 mM KCl, 1,5 mM MgCl, 100–200 μM von jeweils
dATP, dGTP, dTTP, und dCTP, 0,1% Triton X-100, 0,5–1,0 Einheiten
Taq Gold Polymerase, und 100 ng von jedem Primer in einem 50-μl Reaktionsgemisch.
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In
einer Form des Assays, wie in 1 und SEQ
ID NO: 1 dargestellt, wird eine 852 bp 3'UTR, die mit den Primern 5'-CCCAGAAATCACTGTG-3' (Primer P1, Sinn) (SEQ ID NO: 6) und
Primer P2 (SEQ ID NO: 2) synthetisiert wurde, in einem Gel aufgereinigt,
und ein sekundäres
PCR-Produkt wird mit den Primern 5'-TGAGTCCTGTTGAAGACTTCC-3' (Primer P3, Sinn) (SEQ
ID NO: 7) und 5'-GGAAGGTCTGGGTGTCATTT-3' (Primer P2, Antisinn)
(SEQ ID NO:2) synthetisiert.
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Restriktionsfragment-Längenpolymorphismus-Analysen
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Die
PCR-Produkte wurden mit Hilfe des Restriktionsenzyms AflIII unter
Verwendung des vom Hersteller empfohlenen Puffers und der Reaktionsbedingungen
verdaut (New England Biolabs, Cambridge, MA). Alle Verdaue bei einer
Gruppe einzelner Proben wurden mit Hilfe eines verdünnten Master-Mixes
durchgeführt. Jede
Serie von Verdauen enthielt Kontrollen mit bestätigter Sequenz. Die Verdauprodukte
wurden auf 20% Polyacrylamid-Gelen mittels Elektrophorese aufgetrennt,
mit Ethidiumbromid gefärbt
und durch ultraviolettes Licht visualisiert.
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Alternativ
wurden hochmolekulare DNAs, die mit dem PureGene Kit aufgereinigt
worden waren, in Bezug auf Restriktionsfragment-Längenpolymorphismen
mittels Southern Blotting analysiert. Im Allgemeinen wurden 10–15 μg DNA mit
dem Restriktionsenzym AflIII (New England Biolabs) bei 37°C für 16 Stunden
unter Verwendung des vom Hersteller gelieferten Puffers verdaut.
Die Verdaue wurden beendet, indem die DNA durch Zusatz von 1/10
Volumen 3M Natriumacetat und 2 Volumina absoluten Ethanols gefällt wurde.
Im Anschluß an
die Resuspension in Wasser und den Zusatz von Ladefarbstoff (Promega
6X) wurden die Proben in ein 1% Agarose-Gel geladen, und es wurde
eine Elektrophorese durchgeführt,
bis der Bromphenolblau Ladefarbstoff das untere Ende des Gels erreicht
hatte. Die Gele wurden dann für
30 Minuten in 0,5 M NaOH/1,5 M NaCl denaturiert und anschließend neutralisiert
in 0,5 M Tris/1,5 M NaCl (pH=7,0). Ein Southern Blot wurde dann
durch Kapillartransfer auf eine Hybond Membran durchgeführt (Amersham,
Arlington Heights, IL). Die DNA wurde dann auf der Membran fixiert,
entweder durch Erhitzen auf 80°C
oder durch Kreuzverknüpfen
mit ultraviolettem Licht.
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Der
RFLP wurde durch Sondierung mit einem Nukleinsäurefragment, das die Prohibitin
3'UTR enthielt, detektiert.
Die routinemäßig verwendete
Sonde war ein 442 bp Nukleinsäurefragment,
das unmittelbar 5' von der
polymorphen AflIII Schnittstelle liegt. Sie wurde mittels PCR unter
Verwendung eines Vollängen 3'UTR-Klons als Templat
und den Primern P3' und
P4' (2)
synthetisiert. Die Sonde wurde mit einem Random Primer Labeling
Kit (Pharmacia, Piscataway, NJ) markiert. Die Membranen wurden wenigstens
12 Stunden bei 65°C
hybridisiert und bei der gleichen Temperatur unter hoher Stringenz
gewaschen. Mit dem Filter wurde anschließend ein Röntgenfilm oder ein Phosphoimager-Schirm
belichtet, um den RFLP zur Interpretation abzubilden. Alternativ
kann ein 124 bp Fragment 3' der
polymorphen AflIII Stelle und auch das mit den Primern P3' und P2 (2)
synthetisierte 566 bp Fragment als Sonde verwendet werden. Jede
dieser Sonden zeigt einen RFLP, der die verschiedenen Genotypen
unterscheidet. Southern Blots die mit der 442 bp Sonde untersucht
wurden zeigten das 566 bp und 442 bp Bandenmuster, das in 3 abgebildet
ist.
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Die
Substitution von C durch T an Position 729 (1) in der
3'UTR hat einen
Verlust der Spaltbarkeit durch AflIII an dessen Sechs-Basen-Erkennungssequenz
zur Folge. Unsere Analysen mutierter Tumore, Krebszellinien und
bukkaler Zellabstriche von Krebspatienten, die homozygot T sind,
zeigen, daß die
Veränderung
von C zu T an 729 die einzige bisher entdeckte Veränderung
in der Erkennungssequenz ist, die für den Verlust des AflIII-Schneidens verantwortlich
ist. Bei Individuen, die homozygot C sind, werden beide Allele am polymorphen
Ort geschnitten, während
bei Individuen, die homozygot T sind, die Allele nicht geschnitten
werden. Heterozygote Individuen haben je einen Allel mit C und T.
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Beispiel 2: Alternative
diagnostische Assaymethode
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Ein
alternativer Assay wurde durchgeführt wie in Beispiel 1 beschrieben,
mit der Ausnahme, daß das sekundäre PCR-Produkt
unter Verwendung des Sinn-Primers P4, 5'-GGATGGACTTGTATAG-3' (SEQ ID NO: 8) und des Antisinn-Primers
5'-GGAAGGTCTGGGTGTCATTT-3' (Primer P2, Antisinn)
(SEQ ID NO: 2) synthetisiert wurde.
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Beispiel 3: Alternative
diagnostische Assaymethode
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Ein
alternativer Assay wurde ausgeführt
wie in Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, daß die verwendeten
Primer, wie es in der in 2 und SEQ ID NO: 9 angegebenen
1237 bp genomischen Sequenz illustriert ist, 5'-AAGGTGGCTTTCTGGTGAAG-3' (Primer P1', Sinn) (SEQ ID NO:
3) und 5'-GGAAGGTCTGGGTGTCATTT-3' (Primer P2, Antisinn)
(SEQ ID NO: 2) waren. In diesem Assay unter Verwendung von SEQ ID
NO: 9 entspricht die Base an Position 1205 der Position 729 in SEQ
ID NO: 1.
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3 illustriert
die Bandenmuster, die für
jeden Genotyp in diesem Assay erzeugt werden. Das RFLP-Muster bei
einem Individuum, das homozygot für C ist (C/C), zeigt unter
Verwendung des Sinn-Primers SEQ ID NO: 3 und des Antisinn-Primers
SEQ ID NO: 2, daß bei
beiden DNA-Strängen
die 566 bp, gemessen von der konstitutiven AflIII-Schnittstelle
bis zum Ende der 3'UTR,
an Position 729/1205 in zwei distinkte Banden von 442 bp und 124
bp geschnitten wurden. Ein Individuum, das homozygot für T ist
(T/T), erzeugte eine Bande bei 566 bp, gemessen von der konstitutiven
AflIII Schnittstelle bis zum Ende der 3'UTR, welche an Position 729/1205 auf
beiden DNA-Strängen
ungeschnitten blieb. Das heterozygote Individuum (C/T) ergab drei distinkte
Banden, die zeigen, daß bei
dem einem DNA-Strang die 566 bp, gemessen von der konstitutiven
AflIII Schnittstelle bis zum Ende der 3'UTR, an Position 729/1205 in zwei distinkte Banden
von 442 bp und 124 bp zerschnitten wurde und daß beim anderen DNA-Strang eine
Bande von 566 bp, gemessen von der konstitutiven AflIII Schnittstelle
bis zum Ende der 3'UTR,
an Position 729/1205 nicht geschnitten wurde. In diesem Assay ist
eine Bande, die allen Genotypen gemeinsam ist, das 671 bp Fragment,
gemessen vom 5'-Ende
des PCR-Produkts zur konstitutiven Schnittstelle.
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Diese
Methode erfordert eine einzige PCR-Reaktion und einen AflIII-Verdau
und zeigt 100%ige Korrelation mit Southern Blot-Ergebnissen.
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Beispiel 4 – Alternative
Ansätze
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Der
Vorhersagewert dieses Assays involviert die Bestimmung des Keimbahngenotyps
eines Individuums an Position 729 der Prohibitin 3'UTR. Es gibt viele
potentielle spezifische Methoden, die dazu verwendet werden können, diese
Aufgabe auszuführen.
Wir haben zur Erfassung unserer Daten in erster Linie den in Beispiel
1 beschrieben RFLP und DNA-Sequenzierung verwendet. Zur Detektion
des Polymorphismus kann jedoch jede andere Methode auf der Grundlage
von Einzelbasen-Oligonukleotid mismatch screening (Jupe, E.R. und
Zimmer, E.A., „Assaying
differential ribosomal RNA gene expression with allele-specific
oligonucleotide probes," in
Methods in Enzymology-Molecular Evolution: Producing the Biochemical
Data, Academic Press, Seiten 541–552, 1993), allelenspezifische
PCR–Amplifikation
(Allen, et al., BioTechniques 19:454 (1995); Ault, G., J Virological
Methods 46:145-156 (1994); Tada, M., Cancer Research 53:2472-2474
(1993); Huang, Nucleic Acids Research 20:4567-4573 (1992); Sommer,
BioTechniques 12:82-87 (1992); und Kwok, Nucleic Acids Research
18:999-1005 (1990)), oder eine Methode unter Verwendung einer hochspezifischen
thermostabilen Ligase (Ampligase, Epicenter Technologies) eingesetzt
werden.
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Darüber hinaus
kann jede Methode, die gegenwärtig
verwendet wird, wie Einzelstrang-Konformationspolymorphismen oder
denaturierende Gradient-Gel-Elektrophorese oder jede andere Methode,
die in der Zukunft zur Detektion von Einzelbasenveränderungen
entwickelt wird, verwendet werden um diese Genotypen zu detektieren.
Dieser Test könnte
auch ausgehend von RNA unter Verwendung einer Vielzahl von gegenwärtig verwendeten
Techniken oder einer Methode, die in der Zukunft entwickelt wird,
um Einzelbasenveränderungen
zu detektieren, durchgeführt
werden. Beispielsweise könnte
die RNA direkt durch Sequenzierung analysiert werden oder mittels
reverser Transkriptase in cDNA umgewandelt werden (Castles, et al.,
BioTechniques 21:425-428 (1996)), gefolgt von PCR und irgend einer
Methode, die dazu in der Lage ist, Einzelbasenveränderungen
zu detektieren.
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Beispiel 5: Diagnostischer
Assay für
Krebs-Suszeptibilität
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Die
Identifizierung des Keimbahn-Prohibitin-Genotyps eines Patienten
als homozygot Thymin (T/T), homozygot Cytosin (C/C), oder heterozygot
(C/T) an Position 729, wie in SEQ ID NO: 1 definiert, kann dazu verwendet
werden, um das Risiko einer Person zur Entwicklung einer Krebsform
zu beurteilen.
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Unter
Verwendung der Methoden aus den Beispielen 1–4 wird die genomische DNA
eines Patienten präpariert
und mittels PCR amplifiziert und die Basenidentität an Position
729 mit Hilfe verschiedener, im Stand der Technik bekannter Methoden,
einschließlich
aber nicht beschränkt
auf Sequenzierung, RFLP, oder Größenunterscheidung,
bestimmt.
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Ein
Patient mit einem Keimbahn–Prohibitin-Genotyp
von homozygot Thymin (T/T) an Position 729 hat einen größeren Risikofaktor
zur Entwicklung von Krebs als eine nichtbetroffene relevante Population.
Ein Patient, der homozygot Cytosin (C/C) an Position 729 ist, hat
einen Risikofaktor, der niedriger oder gleich ist wie der einer
nichtbetroffenen relevanten Population. Schließlich hat ein Patient, der
heterozygot Cytosin/Thymin (C/T) an Position 729 ist, einen Risikofaktor,
der niedriger ist als der eines Individuums, das homozygot Thymin (T/T)
ist aber höher
als der einer nichtbetroffenen relevanten Population.
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