JP2010502229A - 消化器がんのスクリーニング法 - Google Patents

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Abstract

対象者の生体試料中の一以上のバイオマーカーの量を判定することによって該対象者の上部消化器(GI)がんを診断する方法が提供される。また、ある期間にわたって提供された一連の生体試料の各々の中の少なくとも一つのバイオマーカーの量の測定可能な変化を判定することによって、対象者の上部GIがんの予防処置または処置を開始するかあるいは継続するか否かを判定する方法も提供される。
【選択図】なし

Description

優先日及び関連出願の相互参照
本願は、2006年9月6日に出願した米国仮特許出願第60/824,678号の出願日について優先権を主張し、この米国仮特許出願の内容は全て本願明細書に参照文献として組込まれる。
政府の権利
本発明は、国立がん研究所の優れた研究のための特別プログラム(NCI SPORE)の一環として国立健康研究所(NIH)から付与された助成金第P50CA95103号によって米国政府の支援を受けて行われたものである。したがって、米国政府は、ここに開示された発明に一定の権利を有するものである。
本発明は、対象者のがんの危険または存在を調べるスクリーニング法に関する。とくに、本発明は、対象者の上部消化器がんの危険または存在を調べるスクリーニング法に関する。
上部消化器(GI)がんは、胃がん、食道がん、すい臓がんを含めて、世界的にみても顕著な悪性疾病および死亡の原因となっている。実際、胃がんは、世界的にみてがん関連の死亡の主要な原因の一つであり、アジアでは、がん関連の死亡の最大の原因である。
胃の発がんに至る道筋は、胃系統に世界的な変化が生じており、その影響を受けている。過去15年間の研究により、ヒトの胃がんの主要な原因は、バクテリアの特殊な亜綱に属するヘリコバクター・ピロリ菌(Helicobacter pylori)の慢性感染によるものであることが示されている。Blaser,M、およびParsonnet,Jによる、「胃のホメオスターシスおよび新生組織形成の変容につながるバクテリア、ヘリコバクター・ピロリ菌(Helicobacter pyroli)の寄生」、J.Clin.Invest.94:4−8、(1994);及びParsonnet,J、Friedman,GD、Vandersteen,DP、Chang,Y、Vogelman,JH、Orentreich,N および Sibley,RKによる「ヘリコバクター・ピロリ菌(Helicobacter pylori)の感染と胃がんの危険性」、N Engl J Med 325:1127−31(1991)を参照のこと。これらの所見によって、世界保健機構(WHO)は、ヘリコバクター・ピロリ菌(H.pylori)をクラス1のがん原性菌と指定するに至った。
ヘリコバクター・ピロリ菌(H.pylori)の慢性感染のもとで胃がんが拡がることに関与する二つの要因として、(1)感染が、胃の粘膜全体にわたって顕著な炎症反応を誘発すること、および、(2)慢性感染が、胃底腺系統、とくに酸分泌壁細胞およびペプシン分泌主細胞の欠損につながることが挙げられる。限局的であれ、大域的であれ、酸分泌領域の萎縮すなわち壁細胞の欠損が、胃がんの発生の前提条件であると思われる。El−Zimaity,HMT、Ota,H、Graham,DY、Akamatsu,T および Katsuyama,T、「腸型の胃がんにおける胃萎縮のパターン(Patterns of gastric atrophy in intestinal type gastric carinoma)」、Cancer 94:1428−36(2002)参照。
壁細胞の欠損は、胃粘膜内部に腫瘍性形質転換を起こしやすい化生細胞系統の出現を招く。対象者は、酸分泌領域の萎縮に続いて、さまざまなレベルの胃腺窩上皮の過形成を示す場合がある。このような表面細胞の数の増加は、低酸症に続いて起こるガストリン放出の増加に対する反応応答と思われる。酸分泌領域の萎縮は、また、粘液細胞の化生を招く。過去十年の研究によって、粘液細胞の化生の前歴と、食道、すい臓、および胃における上部消化器がんの発生との関連がますます強調されるようになっている。
食道がんの発生は、バレット(Barrett)の上皮化生と密接に関連しており、すい臓腺がんは、離散的な粘液細胞の化生から生じる。Biankin,AV、Kench,J.G.、Dijkman,F.P.、Biakin,S.A.および Henshall,S.M.による、「すい管腺がんの前駆的外傷の分子レベルでの病因(Molecular pathogenesis of precusor lesions of pancreatic ductal adenocarinoma.)」、 Pathology 35:14−24(2003)および Cameron,A.J.、Lomboy,C.T. Pera,M Carpentar,H.A.による、「食道-胃接合部の腺がんおよびバレットの食道(Adencarcinoma of the esophagogastric junction and Barrett‘s esophagaus)」、Gastroenterology 109:1541−1546(1995)。
細胞萎縮および炎症とがんの関連性は今日では受け容れられているが、萎縮から新生組織形成への進行を仲介する介在的な細胞内の諸現象は、まだ完全には明らかになっていない。また、上部消化器系がんとヘリコバクター・ピロリ菌(H.pylori)の慢性感染および酸分泌領域の萎縮との関連性は受け容れられているが、離散的化成とがんとの間の関連性はそれほど明らかではない。これらの詳細は、今後の研究によって明らかにされることとなろう。
上部消化器がんに関連する死亡率および罹病率についていえば、これらはいずれもスクリーニング(予検)による初期診断によって低下してきている。現在では、内視鏡による上部消化器系の厳密な監視が最も効果的なスクリーニング法であると考えられているが、これは、侵襲的であり、不快感を伴い、また時間と費用のかかる方法である。したがって、当該技術分野において、現在利用できるスクリーニング法に関連する諸欠点を克服できるような、対象者の上部消化器がんの危険性を識別する効果的なスクリーニング法の必要性は依然として存在する。
米国特許出願公開第 2003/0108965号 米国特許第 4,683,195 号 米国特許第 5,480,792 号 米国特許第 5,525,524 号 米国特許第 5,631,171 号 米国特許第 5,679,526 号 米国特許第 5,824,799 号 米国特許第 5,851,776 号 米国特許第 5,885,527 号 米国特許第 5,922,615 号 米国特許第 5,939,272 号 米国特許第 5,947,124 号 米国特許第 5,955,377 号 米国特許第 5,985,579 号 米国特許第 6,019,944 号 米国特許第 6,113,855 号 米国特許第 6,143,576 号 米国特許第 6,890,763 号 米国特許第 6,925,389 号 米国特許第 6,989,100 号
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ここでは、本発明のいくつかの実施形態を列挙すると同時に、多くの場合、それらの実施形態の変形例および置換例を列挙する。ただし、ここでは、多数で多様な実施形態の中の数例を挙げるにとどめる。ある実施形態について、一以上の代表的な特徴として述べられるものも、同じく例として挙げられるに過ぎない。その実施形態は、通常、ここに述べられる一以上の特徴を備えていてもあるいは備えていなくても存在し得るものである。同様に、それらの特徴は、ここに挙げられているいないにかかわらず、本発明の他の実施形態にも適用し得るものである。不要な重複を避けるため、ここでは、それら諸特徴のすべての可能な組み合わせを列挙することも暗示することもしない。
本発明は、上に挙げた諸問題を解決するためのものである。いくつかの実施形態にあっては、対象者の生体試料の中の一以上のバイオマーカーの量を判定することによって対象者の上部消化器(GI)がんを診断する方法が提供される。本発明のいくつかの実施形態にあっては、さらに、ある期間にわたって提供された一連の生体試料の各々における少なくとも一つのバイオマーカーの量の測定可能な変化を判定することによって、対象者の上部消化器がんの予防処置または処置を開始あるいは継続するか否かを決定する方法が提供される。
上記の一以上のバイオマーカーは、以下のバイオマーカーを含むものとすることができるが、それらに限定されるものではない。HE4(ヒトの副精巣タンパク質4、WFDC2),LGALS3(レクチン、ガラクトース結合性、可溶性3)、IL1RN(インターロイキン1受容体アンタゴニスト)、TRIP13(甲状腺ホルモン受容体相互作用因子13)、FIGNL1(フィドゲチン様:fidgetin−like1)、CRIP1(システインの豊富な腸のタンパク質1)、S100A4(S100カルシウム結合性タンパク質A4)、EXOSC8(エキソソーム構成成分8)、EXPI(細胞外プロティナーゼ阻害物質、WDNM1)、BRRN1(不妊ホモローグ、ドロソフィラ属)、NELF(鼻胚LHRH因子)、EREG(エピレグリン)、TMEM40(膜間タンパク質40)、およびTMEM109(膜間タンパク質109)。いくつかの実施形態にあっては、これらの方法は、さらに、試料中の一つのTFF2(トレフォイル因子2)バイオマーカーの量を判定することからなる。
いくつかの実施形態にあっては、生体試料は、血液、血清、血漿、胃分泌物、上部消化器生検試料、上部消化器生検試料から顕微切開した細胞、上部消化器内腔内に投棄された上部消化器細胞、および、便から回収された上部消化器細胞を含むものである。いくつかの実施形態にあっては、対象者は、ヒトである。
いくつかの実施形態にあっては、少なくとも一つのバイオマーカーの量を判定することは、RNA測定法およびタンパク質測定法を含む当該技術分野で公知の一以上の手法を用いるものである。RNA測定法の例としては、RNAハイブリッド形成用プローブ・マイクロアレーおよび定量的ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)測定法(例、定量的リアルタイムPCR)がある。タンパク質測定法の例としては、質量分析法(MS)および免疫検定分析法がある。
これらの方法は、より侵襲的な処置に代わるものとして用いることができるし、あるいは、対象者にプレスクリーニングを行ってどの対象者に追加の処置を行わなければならないか、すなわち、追加の処置を行わなくともよい対象者と追加の処置を行いおよび/またはより頻繁に処置を行うほうがのぞましい対象者とを区分することに用いることができる。
本発明は、いくつかの実施形態にあっては、さらに、対象者の上部消化器がん診断用のキットを包含するものである。いくつかの実施形態にあっては、これらのキットは、本明細書に開示された一以上のバイオマーカーの各々を選択的に結合するためのプローブからなる。該プローブは基質に結合させ得る。いくつかの実施形態にあっては、これらのプローブは、RNAハイブリッド形成用プローブとすることができる。これらのRNAハイブリッド形成用プローブは、一以上のバイオマーカーの各々に選択的に結合するポリヌクレオチドからなることができる。他の実施形態にあっては、プローブはバイオマーカーに選択的に結合する抗体である。いくつかの実施形態にあっては、これらのプローブは、標識化して、該プローブの一以上のバイオマーカーとの結合を検出することができるようにされる。例えば、いくつかの実施形態にあっては、あるプローブのあるバイオマーカーとの結合は、酵素結合抗体を用いて検出される。
したがって、本発明の一つの目的は、対象者の上部消化器がんのためのスクリーニング法を提供することである。この目的は、本発明によってそのすべてあるいは一部が達成される。
本発明の一つの目的は、上にすでに述べたとおりであるが、その目的は、本発明によってそのすべてあるいは一部が達成される。本発明の他の目的および効果は、当業者には、以下に示す本発明の説明、図面、および本発明を限定する意味を持たない実施例を検討することによって明らかとなろう。
上部消化器がんのスクリーニングのための典型的方法に含まれる工程を示すフローチャートである。
酸分泌領域の萎縮につづく鎮攣性ポリペプチド発現性化生(SPEM)の発生の仕組みを示す図である。
図3A及び3Bは、一連の顕微鏡写真を示す図である。図3Aは、DMP−777で0、1、3、または7日間処置をしたガストリン・ノックアウト・マウスのHE4の免疫染色を示す一連の顕微鏡写真であり、胃底腺の基部の細胞における成分の発現増加をあらわしている。図3Bは、正常な胃底SPEMおよび胚細胞性腸上皮化生におけるHE4の免疫染色を示す一連の顕微鏡写真であり、正常なヒトの胃は、HE4染色を示さないが、SPEMおよび腸上皮化生は、HE4染色を示すことをあらわしている。
図4A乃至4Iは、出現するSPEMの特徴を示す一連の顕微鏡写真である。図4Aは、Mist1(緑、グレースケール写真で薄く染色)およびTFF2(赤、グレースケール写真で濃く染色)で二重に免疫染色した未処置のガストリン欠失マウス胃底粘膜を示す。Mist1抗体は、胃底腺の基部(写真の下の部分)の成熟主細胞の核を染色し、TFF2は、胃底腺の頚部領域(写真の上の部分)の頚部粘液細胞に対して陽性である。識別し得る程度に二重に染色された細胞は、観察できなかった(スケールバー:50μm)。図4Bおよび図4Cは、DMP−777で3日間処置したガストリン欠失マウスにおけるMist1およびTFF2の発現を示す。Mist1免疫反応細胞(緑、グレースケール写真で薄く染色)の数は、腺の底部で減少し、また、多数のMist1陽性細胞は、TFF2(赤、グレースケール写真で濃く染色)との二重免疫反応を示した(スケールバー:4B:50μm、4C:10μm)。強い電力を用いて撮影した図4Cは、Mist1およびTFF2で二重に標識化した細胞が存在することを示す(矢印)。図4Dは、H/K−ATPase(青、グレースケール写真で中程度に染色)、TFF2(赤、グレースケール写真で濃く染色)、および内因子(緑、グレースケール写真で薄く染色)の抗体で染色した未処置のマウスから得られた粘膜を示す。三つの系統の染色に重複の無いことに注意されたい(スケールバー:20μm)。図4Eおよび4Fは、H/K−ATPase(青、グレースケール写真で中程度に染色)、TFF2(赤、グレースケール写真で濃く染色)、および内因子(緑、グレースケール写真で薄く染色)の抗体で染色したDMP−777で3日間処置したマウスから得られた粘膜を示す。壁細胞は、H/K−ATPase抗体でのみ染色したのに対して、SPEM細胞は腺の基部で、内因子(緑、グレースケール写真で薄く染色)およびTFF2(赤、グレースケール写真で濃く染色)の双方で染色した。より強い電力を用いて撮影した図4Fは、SPEM細胞に小胞の二つの個別の個体群が存在することを示す(スケールバー:4E:10μm、4F:4μm)。図4G、4H、および4Iは、未処置のマウスから得られた主細胞(図4G)およびDMP−777で3日間処置したマウスから発生したSPEM細胞(図4Hおよび4I)を示す。図4Gに示す主細胞は、チモーゲンの細粒体を均等に染色することを示す。スケールバー:2μm)。図4Hおよび4Iに示すように、DMP−777で3日間処置したマウスの胃底腺の基部にあるSPEM細胞は、細粒状形態の異種の集合を含んでいる(スケールバー:4Gおよび4H:2μm、4I:1μm)。
SPEMの発生中に転写物の定量的PCR分析を行って得られた結果を示す一連のグラフである。顕微切開を行った系統中の発現が増加したまたは減少した選ばれた転写物の発現を定量的PCRで検査し、遺伝子マイクロアレーによる調査結果を確認した。結果は、未処置の主細胞のレベルと比較した発現の倍数変化としてあらわした(n=3、+/−平均の標準誤差、SE)。マン−ホィットニーのU検定による*p<0.05。
図6A乃至6Eは、顕微鏡写真であり、図6Fは、急性の酸分泌領域萎縮中のMCM3発現の結果を示すグラフである。未処置マウス(図6A)またはDMP−777で1日(図6B),3日(図6C)、7日(図6D)または14日(図6E)処置したマウスから得た切片をMCM3に対する抗体(緑、グレースケール写真で薄く染色)およびKi−67(赤、グレースケール写真で濃く染色)に対する抗体で二重に染色した。処置用DMP−777の量が増加するにしたがって、腺の基部での細胞のMCM3の染色も増加することが観察された。図6Fに示すように、MCM3およびKi−67の染色の定量化の結果、処置3−14日でMCM3の染色が有意に増加したことが示された(緑の線、グレースケールの図には明るいグレーの線として示す、**p<0.01、***p<0.001)。Ki−67の染色(赤い線、グレースケールの図には黒線として示す)は、わずかな増加を示す。これは、7日の処置でのみ有意である(*<0.05)。
図7A及び7Bは、未処置のマウスのMCM3陽性細胞が主細胞であることを示す顕微鏡写真である。未処置のマウスから得た切片は、MCM3に対する抗体(赤、グレースケール写真で濃く染色、矢印で示す)、内因子に対する抗体(緑、グレースケール写真で薄く染色)、およびDAPI(青、グレースケール写真で中程度に染色)で染色した。図7Aの胃底腺の基部にある細胞の画像は、DAPIとの二重のMCM3の染色を示す。図7Bは、三重に重ねた画像である。胃底腺の基部にあるMCM3陽性細胞は、内因子でも染色し(矢印)、主細胞として同定されることを示している(スケールバー:10μm)。
図8A乃至8Cは、未処置のおよびDMP−777で処置したガストリン欠失マウスのTACC3での免疫組織染色を示す顕微鏡写真である。未処置のガストリン欠失マウス(図8A)およびDMP−777で1日(図8B)または3日(図8C)処置したマウスから得た胃底粘膜の切片をTFF2およびTACC3で二重に染色した。右側の端の部分に、色が二重の重なり合った画像を示す(合併の部分)。DMP−777でのわずか1日の処置で、胃腺基部での細胞のTACC3の発現が明らになり、それに続くDMP−777での3日の処置で、これらの細胞のTACC3の発現が増加した。
図9A乃至9Iは、SPEMおよび胚(goblet)細胞性腸上皮化生におけるHE4の発現増加(up-regulation)を示す顕微鏡写真である。マウス(図9A−図9C)およびヒト(図9D−図9I)の胃の上皮化生におけるHE4の発現を検査した。図9Aに示すように、未処置のガストリン欠失マウスの正常な胃粘膜では、HE4の免疫反応性は、ほとんど検出できない。図9Bに示すように、DMP−777で処置したガストリン欠失マウスのSPEMではHE4での顕著な染色が認められる。図9Cに示すように、ヘリコバクター・フェリス菌(Helicobacter felis)に9ヶ月感染したC57BL/6のマウスの粘膜のSPEMでは、HE4での強い染色が観察された。図9Dに示すように、正常なヒトの胃底粘膜ではHE4での染色は、認められない。図9AEに示すように、ヒトのSPEMはHE4で強く染色された。図9Fに示すように、SPEMおよび腺細胞性腸上皮化生では、ともに化生への遷移領域においてHE4で染色する。図9Gおよび9Hに示すように、SPEMおよび腸上皮化生をともに含む切片では、両化生においてHE4の免疫反応性が存在した。図9Iに示すように、腸上皮化生は、HE4に対して強い陽性を示した。
図10A乃至10Lは、ヒトの胃腺がんにおけるHE4に対する免疫染色を示す顕微鏡写真である。HE4抗体は、アルカリ性フォスファターゼ共役二次抗体およびベクター・レッド色素原による免疫組織検出で胃腺がんの切片を染色するために用いられた。図10A乃至10Dは、高分化ないしは中分化胃がんの顕微鏡写真である。腸型胃腺がんにおけるHE4の顕著な発現に注目されたい。図10E乃至10Gは、低分化胃がんの顕微鏡写真である。低分化あるいはびまん性がんの大部分は、免疫反応性を示さなかったが、腫瘍の中のわずかなものは、陽性を示した。図10H乃至10Iは、印環細胞型胃腺がんの顕微鏡写真である。印環腺がんにおいて、HE4陽性が最も強く認められた。
病変したヒトのすい臓および正常なヒトのすい臓におけるHE4に対する免疫染色を示す一連の顕微鏡写真である。正常なヒトのすい臓の切片(左上)、発がん前のPANIN病変のあるヒトのすい臓切片(右上)、高分化すい臓腺がんのあるヒトのすい臓切片(左下)または低分化すい臓腺がんのあるヒトのすい臓切片(右下)をHE4に対する抗体で染色した。
配列表の簡単な説明
配列番号: 1および2は、それぞれ、GAPDHに固有のPCRセンスプライマーおよびアンチセンスプライマーである。
配列番号: 3および4は、それぞれ、MCM3に固有のPCRセンスプライマーおよびアンチセンスプライマーである。
配列番号: 5および6は、それぞれ、MCM5に固有のPCRセンスプライマーおよびアンチセンスプライマーである。
配列番号: 7および8は、それぞれ、MCM7に固有のPCRセンスプライマーおよびアンチセンスプライマーである。
配列番号: 9および10は、それぞれ、ST3GAL6に固有のPCRセンスプライマーおよびアンチセンスプライマーである。
配列番号: 11および12、それぞれ、ATF3に固有のPCRセンスプライマーおよびアンチセンスプライマーである。
配列番号: 13および14は、それぞれ、HE4に固有のPCRセンスプライマーおよびアンチセンスプライマーである。
配列番号: 15および16は、それぞれ、IL1RNに固有のPCRセンスプライマーおよびアンチセンスプライマーである。
配列番号: 17および18、それぞれ、TFF2に固有のPCRセンスプライマーおよびアンチセンスプライマーである。
以下、本発明の一以上の実施形態を詳細に説明する。本発明の他の特徴、目的、および効果は、明細書、図面、および請求の範囲から明らかとなろう。本明細書で述べられたすべての出版物、特許出願、および他の参考文献は、それらに言及することによってその全部が本明細書に組み込まれたものとなる。ここに開示されるポリヌクレオチドおよびポリペプチド配列の中のあるものは、GENBANK(登録商標)または他の公共のデータベースの登録番号と相互参照されたものである。GENBANK(登録商標)または他の公共のデータベースと相互参照された配列は、それらに言及することによってGENBANK(登録商標)または他の公共のデータベースに存在する同等の関連ある配列として明白に本明細書に組み込まれたものとなる。また、ここに開示される配列に関連するGENBANK(登録商標)に存在するすべての注釈は、それらに言及することによって明白に本明細書に組み込まれたものとなる。さらに、Goldenring等による米国特許第6,773,890号、第6,372,439号、および第6,107,048号も、ここにそれらに言及することによって本明細書に組み込まれたものとなる。紛争が生じた場合には、本明細書が、諸定義を含めて、支配力をもつ。
他にとくに定義されない限り、本明細書で用いられるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野で当業者が普通に理解しているものと同じ意味をもつ。本発明の実施または試験には、本明細書に述べられているものと類似のあるいは同等のあらゆる方法、装置、および材料を用いることができるが、以下、代表的な方法、装置、および材料について説明する。
特許法の長年の慣行にしたがって、「一つの(a)、(an)」、および「該(the)」は、請求の範囲を含めて本出願に用いられる場合、「一以上の」を指す。したがって、例えば、「一つの細胞」と述べた場合、それは、複数の同様な細胞を包含する。
他にとくに示されない限り、本明細書および請求の範囲で用いられる成分の量、反応条件、その他をあらわすすべての数字は、すべての場合、「約」という用語で修飾されていると理解されるべきである。したがって、それに反するように示されていない限り、本明細書および添付の請求の範囲に述べられている数字は、近似的な数字であり、本発明によって得ることが求められているのぞましい性質に応じて変わり得るものである。
本明細書で用いられる場合、「約」という用語は、ある値、あるいは質量、重量、時間、容積、濃度、あるいはパーセントを指す場合、開示された方法を実行するために適当であれば、実施形態に応じて、ある場合には±20%、ある場合には±10%、ある場合には±5%、ある場合には±1%、ある場合には±0.5%、またある場合には±0.1%の指定された量からの変動を含むことを意味する。
上部消化器(Upper gastrointestimal)(GI)がんは、いぜんとして世界中でがんが関係する死亡の主要な原因の一つである。発がんの原因の個別のメカニズムは、いぜんはっきりしないが、これらのがんの病因として不変に存在するメカニズムの一つは、関係する細胞の連続する系統変化である。例えば、胃がんは、一部は、胃底粘膜からの酸分泌壁細胞の欠損、すなわち酸分泌領域の萎縮によって発生する。壁細胞の欠損は胃粘膜の細胞の変容と化生(metaplastic)粘液細胞系統の出現を招く。ヒトにおける酸分泌領域の萎縮および胃がんの発生は、正常から化生への連続する系統変化を介して新生物質と強く関連している(Parsonnet J、Friedman GD、Vandersteen DP、Chang Y、Vogelman JH、Orentreich N、Sibley RKヘリコバクターピロリ菌の感染および胃がんの危険性(Helicobacter pylori infection and the risk of gastic cancer.) New Eng.J.Med.1991;325:1127−1131)。細胞系統の変容とともに、細胞タンパク質のバイオマーカーの発現にも変化が起こる。
本明細書で用いられる用語としての「上部消化器がん」は、動物対象者の上部消化管に認められる新生細胞あるいは悪性腫瘍を指し、上部消化管は、動物の口、咽頭、食道、および胃(一または複数)ならびに、すい臓および胆嚢を含めて関連する器官を含む。上部消化器がんの例としては、胃がん、すい臓がん、および食道がんがあるが、これらに限定されるものではない。
本発明は、上部消化器がんの診断のために対象者で測定することのできる上部消化器がん用バイオマーカーの同定を行うものである。例えば、実施例に詳細が開示されているように、マウスにおいては、WAPドメインのタンパク質HE4は、正常な胃では発現しないが、マウスから得られた鎮攣性ポリペプチ/TFF2−発現化生(SPEM)ならびにヒトのSPEMおよび腸の化生では強く発現する。本明細書で開示されように、HE4は、調査した腸型および印環細胞型胃腺がんの大多数で発現した(実施例を参照のこと)。本明細書に開示される結果は、SPEMが、主細胞の分化転換から発生することを示している。さらに、この化生への遷移は、前がんの発生過程に関連する他の重要な分泌型バイオマーカーの発現に関連しており、これは、本明細書に開示され、本発明の診断方法の一部として利用することができる。
したがって、本発明は、いくつかの実施形態にあっては、対象者から提供された生体試料中のがんに関連する一以上のバイオマーカーの量を判定することによって対象者の上部消化器がんを診断するための方法を提供するものである。本明細書に開示される診断方法で用いることのできる上部消化器がんに関連するバイオマーカーの典型例としては、HE4(ヒトの副精巣タンパク質4、WFDC2とも呼ばれる),LGALS3(レクチン、ガラクトース結合性、可溶性3)、IL1RN(インターロイキン1受容体アンタゴニスト)、TRIP13(甲状腺ホルモン受容体相互作用因子13)、FIGNL1(フィドゲチン様1)、CRIP1(システインの豊富な腸のタンパク質1)、S100A4(S100カルシウム結合性タンパク質A4)、EXOSC8(エキソソーム構成成分8)、EXPI(細胞外プロティナーゼ阻害物質、WDNM1とも呼ばれる)、BRRN1(不妊ホモローグ1、NCAPHとも呼ばれる)、NELF(鼻胚LHRH因子)、EREG(エピレグリン)、TMEM40(膜間タンパク質40)、およびTMEM109(膜間タンパク質109)があるが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施形態にあっては、上に開示された一以上のバイオマーカーに加えて、消化管およびそれに関連する器官のがんに関連するバイオマーカーのトレフォイル因子2(TFF2)を生体試料中でスクリーニングしてTFF2の量を測定することができる。
表1は、上部消化器がんに関連するヒトのバイオマーカーの典型例(ただし、マウスのバイオマーカーの開示であるEXPIを除く)をさらに挙げたものであり、また、遺伝子座およびバイオマーカー・ポリペプチドをコードするmRNAの登録ID番号を示している。ただし、これらのヒトのバイオマーカーの典型例は、ヒトのバイオマーカーあるいは単にmRNAバイオマーカーに対して本発明を限定することを意図するものではない。本発明は、むしろ、上部消化器がんに関連するさまざまな動物の種にまたがるバイオマーカーを包含するものである。また、標準の遺伝子/タンパク質命名法の各種ガイドラインは、通常、ヒトの遺伝子名の省略形を大文字でまたイタリックで記し、またタンパク質名の省略形は、大文字で記すがイタリックでは記さないと規定している。さらに、標準の遺伝子/タンパク質命名法の各種ガイドラインは、通常、マウス、ラット、およびチキンの遺伝子名の省略形は、イタリックで記しまた最初の文字のみを大文字で記し、またタンパク質名の省略形は、大文字で記すがイタリックでは記さないと規定している。これに対して、本明細書で用いられる遺伝子/タンパク質命名法は、特定のバイオマーカーを引用する場合、バイオマーカーの省略形にはすべて大文字を用い、さまざまな動物の種にまたがる遺伝子(mRNAおよびcDNAを含む)およびタンパク質を含むことを意図している。
「バイオマーカー」とは、対象者の生物的な状態の指標として有用な分子である。本発明に関しては、本明細書に開示されているバイオマーカーは、対象者の上部消化器がんの発生、存在、または進行の危険と相関性のあり得る発現の変化または状態を示すポリペプチドの場合もあり得る。さらに、本明細書に開示されているバイオマーカーは、バイオマーカー・ポリペプチドをコード化するメッセンジャーRNA(mRNA)を含む。これは、あるmRNAの発現の変化を測定することが、そのmRNAによってコード化されたポリペプチドの発現の変化と相関している場合があり得るためである。したがって、ある生体試料中のあるバイオマーカーの量を測定することは、あるポリペプチド・バイオマーカーの量を測定するかおよび/またはあるmRNAの量を直接または間接に測定する(例、そのmRNAから合成された相補的DNA(cDNA)を測定する)ことによってそのポリペプチド・バイオマーカーをコード化するmRNAの量を測定することを包含するものとなる。
「ポリペプチド」、「タンパク質」、および「ペプチド」という用語は、本明細書では、互換性のある用語として用いられており、大きさあるいは機能にかかわらず、修飾アミノ酸(例、リン酸化、グリコシル化、など)を含めて20のタンパク質アミノ酸のポリマーを指す。「タンパク質」は、比較的大きなポリペプチドを指して用いられることが多く、また「ペプチド」は、小さなポリペプチドを指して用いられることが多いが、当該技術分野におけるこれらの用語の使われ方は、重なり合いまた多様である。「ペプチド」という用語は、本明細書では、他にとくに注記のない限り、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、およびタンパク質断片を指す。本明細書では、「タンパク質」、「ポリペプチド」、および「ペプチド」という用語は、遺伝子産物およびその断片を指す場合、互換性のある用語として用いられる。したがって、ポリペプチドの典型例としては、遺伝子産物、自然に発生するタンパク質、ホモローグ、オルトローグ、パラローグ、それらの他の同等物、変異型、および断片がある。
本明細書で、「ポリペプチド断片」あるいは「断片」という用語がポリペプチドに関連して用いられる場合、完全長ポリペプチド自身と比較してアミノ酸残基が存在しないが、残るアミノ酸の配列が、通常、基準となるポリペプチド内での対応する位置と同じであるようなポリペプチドを指す。このような欠失は、基準ポリペプチドのアミノ末端またはカルボキシ末端あるいはその両方で起こり得る。
一つの断片は、基準ポリペプチドの一以上の生物活性を保持することができる。いくつかの実施形態にあっては、一つの断片は、一つのドメインすなわち特長を有するものとすることができ、またオプションとして、特長であるドメインの片側または両側に追加的なアミノ酸を有するものとすることができる。これらの追加的なアミノ酸の残基は、5、10、15、20、30、40、50あるいは100までさらにはそれ以上の残基に達するものとすることができる。さらに、断片は、特定の領域の細断片(sub-fragment)を含むものとすることができ、この細断片は、それが生じた領域の機能を保持するものである。本明細書で「ペプチド」という用語が用いられる場合、それは、完全長ペプチドならびにペプチドの断片を包含すると意図される。したがって、あるペプチドの同定された断片(例えば、質量分析法または免疫検定法によって)は、断片ならびに完全長ペプチドを含むものとする。したがって、ある試料の中のバイオマーカーの量を測定することは、完全長バイオマーカーポリペプチド、修飾された変異型、および/またはそれらの断片の量を判定することを含むものである。
本発明のいくつかの実施形態にあっては、対象者の上部消化器がんを診断する方法が提供される。本明細書で用いられる「診断する」および「診断」という用語は、熟練した技術者がそれによってある対象者が疾病または状態に罹患しているか否かを評価しさらには判定することのできる方法を意味する。熟練した技術者は、(例えば存在または不存在を含めて)その量が状態の存在、その重度、あるいは不存在を示すバイオマーカーなどの一以上の診断指標にもとづいて診断を行うことが多い。
診断とともに、臨床がんの予後(治療後の経過の予測)は、大きな関心領域である。最も効果的な治療法を立案するためには、がん細胞の活動性や腫瘍の再発の可能性を知ることが重要である。より正確な予後さらにはがん発生の潜在的危険性のアセスメントを行うことができれば、対象者のために適当な治療法さらにある場合にはより穏やかな治療法を選択することができる。すぐれた予後をあたえられた対象者および/または治療を必要としないあるいは限られた治療のみが必要ながん発生の危険性の低い対象者を、より集中的な処置を行うことが好ましくよりがんの発生する可能性の高いあるいはがんの再発のおそれのある対象者から区分けするためには、がんのバイオマーカーの測定が有用である。
したがって、本明細書で用いられる「診断を行う」あるいは「診断する」という表現は、さらに、がんの発生の危険性を判定するあるいは予後を決定することを含むものであり、それによって、本明細書で開示される診断バイオマーカーの測定にもつづいて、(医療処置を行うあるいは行わない)臨床の結果を予測し、適当な処置(あるいは処置が有効であるか否か)を選択し、あるいは現行の処置をモニターして処置を変更する可能性を予測することが可能となる。さらに、本発明のいくつかの実施形態にあっては、長期間にわたってバイオマーカーを多重に判定することによって、診断および/または予後を容易にすることができる。バイオマーカーの経時的変化を用いて、臨床の結果を予測し、上部消化器がんの進行および/またはそのがんに対して行われる適当な治療法の効果をモニターすることができる。例えば、そのような一実施形態にあっては、有効な治療法の過程で、長期間にわたって、生体試料中の本明細書に開示された一以上のバイオマーカーの量(さらに、モニターされる場合には、TFF2を含めてまたそれに限定されることなく一以上の付加的なバイオマーカーの量もあり得る)の減少が予想される場合も起こり得る。
本発明は、さらに、いくつかの実施形態にあっては、対象者の体内のがんの予防処置または処置を開始あるいは継続すべきか否かを決定するための方法を提供するものである。いくつかの実施形態にあっては、この方法は、対象者から長期間にわたって一連の生体試料を提供し、該生体試料を分析して該生体試料の各々の中の本明細書に開示された少なくとも一つのバイオマーカーの量を測定し、該生体試料の各々の中の一以上のバイオマーカーの量の測定可能な変化を比較することからなる。長期間にわたるバイオマーカーの量の何らかの変化を用いて、がんの発生の危険性を予測し、臨床の結果を予測し、がんの予防処置または治療法を開始あるいは継続すべきか否かまた現在の治療法はがんを効果的に処置しているか否かを判定することができる。例えば、ある処置の開始に先立つ第一の時点とその処置の開始後のあるときの第二の時点を選択することができる。異なる時点で採取された各試料のバイオマーカーのレベル(濃度)を測定し、定性的および/または定量的な差を記録することができる。異なる試料のバイオマーカーレベルの量の変化を、上部消化器がんの危険性、予後、処置の有効性の判定、および/または対象者のがんの進行と相関させることができる。
本明細書で開示されたバイオマーカーを診断および予後に使用することに関連して本明細書で用いられる「相関した」および「相関する」という用語は、ある対象者の中のバイオマーカーの存在またはその量が、ある所与の状態(例えば、上部消化器がん)に罹患しているあるいは罹患する危険性があることが知られている対象者またはある所与の状態のないことが知られている対象者すなわち「正常な対象者」または「対照対象者」の中でのバイオマーカーの存在または量に匹敵することを意味する。例えば、ある生体試料の中の本明細書で開示された一以上のバイオマーカーのレベルが、ある特定の種類のがんとの関連性が決定されているバイオマーカーのレベルに匹敵する場合には、その試料のバイオマーカーのレベルは、ある診断と相関するということができる。すなわち、熟練した技術者は、そのバイオマーカーのレベルを用いて、対象者が特定の種類のがんに罹患しているか否かを判定することができ、それに応じて対応することができる。あるいは別法として、その試料のバイオマーカーのレベルは、よい結果(例えば、がんの不在)との関連性が知られている対照バイオマーカーのレベル(対照バイオマーカー基準値:control biomarker level)例えば正常な対象者の母集団で認められる平均レベルに匹敵するということができる。
いくつかの実施形態にあっては、ある診断または予後バイオマーカーは、単にそれが存在するまたは存在しないことによってある状態または疾病と相関する。他の実施形態にあっては、診断または予後の閾値レベルを設定し、対象者の試料の中のレベルまたは指標をその閾値レベルと比較することができる。
すでに記したように、いくつかの実施形態にあっては、一以上の診断または予後バイオマーカーの多重判定を行うことができ、またマーカーの中の経時的変化を用いて診断を行いまたは予後を決定することができる。例えば、ある診断マーカーを最初の時点で判定し、またその後の第二の時点で再度判定することができる。そのような実施形態にあっては、最初の時点から第二の時点までのマーカーの増加によって、特定の種類のがんあるいはがんの重症度を診断することができ、あるいは所与の予後を選定することができる。同様に、最初の時点から第二の時点までのマーカーの減少によって、特定種類のがんあるいはがんの重症度を診断できあるいは所与の予後を選定できる。さらに、一以上のマーカーの変化の程度を、がんの重症度および将来の好ましくない事象と関連付けることもできる。
熟練した技術者は、いくつかの実施形態にあっては、複数の時点で同一のバイオマーカーの測定比較を行うことができるとともに、また、ある時点で所与のバイオマーカーを測定し、第二の時点で第二のバイオマーカーを測定し、それらのバイオマーカーを比較することによって診断情報を得ることもできることを理解されよう。
本明細書で用いられる「予後を決定する」という表現は、熟練した技術者が、ある対象者の状態の経過または結果を予測できる方法を意味する。「予後」という用語は、100%の正確さである状態の経過または結果を予測する能力を意味するものではなく、バイオマーカーの存在、不存在、またはレベルにもとづいてある所与の経過または結果が多少とも予測可能に起こり易いことを意味するものでさえない。そうではなく、熟練した技術者は、「予後」という用語が、ある経過または結果が起こる高い確率、すなわち、ある状態を示す対象者とその状態を示さない個体を比較した場合、ある経過または結果が前者においてより起こりそうなことを意味するものであると理解されよう。例えば、その状態を示さない(例えば、バイオマーカーを発現しないあるいは低いレベルで発現している)個体にあっては、所与の結果を得る(例えば、上部消化器がんを罹患する)可能性は、きわめて低く(例えば、<1%)、あるいは存在しないかもしれない。それに対して、その状態を示す(例えば、バイオマーカーを発現しているあるいは対照基準値(コントロール・レベル)より大きく高まったレベルで発現している)個体にあっては、所与の結果を得る(例えば、上部消化器がんを罹患する)可能性は高いかもしれない。いくつかの実施形態にあっては、ある予後は、所与の予想される結果が生じる可能性は、約5%、約7%、約10%,約12%、約15%、約20%、約25%、約30%、約40%、約50%、約60%、約75%、約90%、あるいは約95%である。
熟練した技術者は、統計的分析では、予後の指標が好ましくない結果を生じる素因と関連付けられることを理解されよう。例えば、いくつかの実施形態にあっては、コントロール・レベル(control level)より高いバイオマーカーのレベルは、それが統計的有意性のあるレベルと判定された場合、その対象者が、コントロール・レベルより低いあるいはそれと等しいレベルの対象者と比較して、よりがんに罹患する可能性が高いことを示す場合があり得る。さらに、マーカーの濃度が基底線のレベルから変化した場合、それが対象者の予後を反映している場合があり得るし、またマーカーのレベルの変化の程度が好ましくない事象の重度に関係付けられる場合があり得る。統計的有意性は、二つ以上の個体群を比較することによって、および信頼区間およびp値を判定することによって決定されることが多い。例えば、Dowdy and Wearden,Statistics for Research,John Wiley & Sons, New York,(1983)を参照のこと。同書は、ここに言及したことによってその全体が本明細書に組み込まれたものとなる。本発明の典型的な信頼区間は、90%、95%、97.5%、98%、99%、99.5%、および99.99%であり、典型的なp値は、0.1、0.05、0.025、0.02、0.01、0.005、0.001、および0.0001である。
他の実施形態にあっては、本明細書に開示された予後バイオマーカーあるいは診断バイオマーカーのレベルの変化の閾値の程度を確立することができ、また生体試料の中の指標のレベルの変化の程度を単にレベルの変化の閾値の程度と比較することができる。ここに開示された本発明のマーカーに関するレベルの変化の好ましい閾値は、約5%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約50%、約75%、約100%、および約150%である。さらに他の実施形態にあっては、「ノモグラム」を確立し、それによって、予後または診断の指標のレベルを所与の結果へと向かう関連する素因と直接関係付けることができる。熟練した技術者は、ノモグラムを用いて二つの数値を関係付けることを知っており、また個々の試料の測定は、参照値を得るためのものであり、母集団の平均ではないので、その測定の不確かさは、マーカー濃度の不確かさと同じであることを理解している。
ある試料から求められたあるバイオマーカーの「量」とは、そのバイオマーカーの定性的測定(例、測定された試料に存在するまたはしない)、定量的測定(例、どれくらい存在する)、またはその両者であることを意味する。「コントロール・レベル」(対照基準値)とは、上部消化器がんのないあるいは少なくとも試験の対象である上部消化器がんのない対象者の匹敵しうる生体試料で見出されたバイオマーカーの量(定性的存在または不存在を含めて)またはバイオマーカーの量の範囲を意味する。コントロール・レベルを計算する例では、正常な生体試料に存在するバイオマーカーの量を計算で求めることができ、またそれを全対象者に外挿することができるが、本発明は、それに限定されるものではない。
以下、図1を参照して、本発明にもとづく対象者の上部消化器がんの診断のための典型的方法を開示するが、本発明は、それに限定されるものではない。典型的方法100は、対象者から生体試料を提供すること102、該生体試料の中の少なくとも一つのバイオマーカーであって、HE4,LGALS3、IL1RN、TRIP13、FIGNL1、CRIP1、S100A4、EXOSC8、EXPI、BRRN1、NELF、EREG、TMEM40、およびTMEM109から選ばれた少なくとも一つのバイオマーカーの量を判定すること104、および少なくとも一つのバイオマーカーが存在する場合には、そのバイオマーカーの試料中の量を少なくとも一つのバイオマーカーのコントロール・レベルと比較すること106を含む。次に、試料中の少なくとも一つのバイオマーカーの量をコントロール・レベルと比較して測定可能な差がある場合には、
対象者は、上部消化器がんを有すると診断される。
対象者から生体試料を提供する工程102に関して、この典型的方法100にあっては、異なる種類の生体試料を提供して使用することができる。例えば、血清、血漿、または血液の試料を提供することができる。他の例として、胃の分泌物を提供することもできる。さらに他の例として、以下の生体試料を提供することもできる、すなわち、上部消化器生検試料(例えば、胃から)、上部消化器生検から顕微切開した細胞、上部消化器内腔内に落ち込んだ上部消化器細胞、および、便から回収された上部消化器細胞である。対象者から上記の試料を得る方法は、当該技術分野では一般に公知である。
次に、生体試料中の少なくとも一つのバイオマーカーの量を判定する工程104に移って、提供された生体試料中の一以上のバイオマーカーを同定するためには、当業者に公知の各種の方法を使用することができる。いくつかの実施形態にあっては、少なくとも一つのバイオマーカーの量を判定することは、試料中のバイオマーカー・ポリペプチドをコード化するmRNAを測定するRNA測定法および/または試料中のバイオマーカー・ポリペプチドの量を測定するタンパク質測定法を用いることからなる。
この方法のいくつかの実施形態にあっては、バイオマーカーの量は、当該技術分野で熟練したものには公知のRNA同定検定法を用いて試料中のバイオマーカーのmRNAを精査することによって判定することができる。要するに、RNAは、試料から抽出し、増幅し、cDNAに変換し、標識化し、既知の配列のプローブとハイブッド化することができ、例えば基質(例えばアレー又はマイクロアレー)に固定化したあるいはリアルタイムPCR(例、米国、カリフォルニア州ハーキュラスのBio−Redラボラトリースから入手可能な定量的リアルタイムPCR)によって定量化した公知のRNAハイブリッド形成プローブ(バイオマーカーポリペプチドをコード化するmRNAに選択的な)とハイブリッド化することができる。試料の核酸分子が結合するプローブは公知であるので、該試料中の分子は、同定することができる。この点に関して、HE4,LGALS3、IL1RN、TRIP13、FIGNL1、CRIP1、S100A4、EXOSC8、EXPI、BRRN1、NELF、EREG、TMEM40、およびTMEM109の一以上のものに対するDNAプローブは、基質上に固定化でき、本発明にもとづく方法を実施するための使用に供することができる。
試料中のバイオマーカー・ポリペプチドの量を測定することに関して、質量分析および/または免疫検定装置および方法を使用することができる。ただし、当業者には、他の方法も公知である。例えば、米国特許第6,143,576号、第6,113,855号、第6,019,944号、第5,985、579号、第5,947,124号、第5,939,272号、第5,922,615号、第5,885,527号、第5,851,776号、第5,824,799号、第5,679,526号、第5,525,524号、および第5,480,792号を参照されたい。これらの各特許は、ここに言及したことによってその全体が本明細書に組み込まれたものとなる。免疫検定装置および方法は、対象となる分析物の存在またはその量に関係する信号を生成するために各種サンドイッチ型、競合型、または非競合型検定フォーマットで標識化した分子を利用することができる。さらに、標識化した分子を必要とせずに分析物の存在またはその量を判定するために、バイオセンサーや光学的免疫検定法などいくつかの方法および装置を使用することができる。例えば、米国特許第5,631,171号および第5,955,377号を参照されたい。これらの各特許は、ここに言及したことによってその全体が本明細書に組み込まれたものとなる。
したがって、ここに開示される本発明のいくつかの実施形態にあっては、バイオマーカー・ペプチドは、免疫検定法を用いて分析される。本明細書に開示されるバイオマーカー・ペプチドの存在または量は、各バイオマーカー・ポリペプチドまたはその断片に固有の抗体またはその断片を用い、また固有の結合を検出して測定することができる。例えば、いくつかの実施形態にあっては、この抗体は、HE4,LGALS3、IL1RN、TRIP13、FIGNL1、CRIP1、S100A4、EXOSC8、EXPI、BRRN1、NELF、EREG、TMEM40、およびTMEM109を特異的に結合する。この抗体は、完全長ペプチドまたはその断片を結合する抗体を包含する。
例えば、酵素結合免疫検定法(ELISA),放射免疫検定法(RIA)、競合結合検定法等のいずれか適当な免疫検定法も利用することができる。抗体のマーカーに対する特異的な免疫学的結合は、直接的または間接的に検出することができる。直接標識には、抗体に取り付けられた蛍光または発光タグ、金属、染料、放射性核種等がある。間接標識には、アルカリ性フォスファターゼ、西洋ワサビぺロキシダーゼ等々の当該技術分野で公知の各種酵素がある。
マーカーに固有の固定化抗体またはその断片の使用も、本発明が意図するものである。これらの抗体は、磁気またはクロマトグラフ・マトリックス粒子、(例えば、マイクロプレート・ウェルなどの)アッセイプレートの表面、(例えば、プラスチック、ナイロン、紙などの)固体基質材料の小片等の各種の固体支持体の上で固定化することができる。アッセイストリップは、アレーとした抗体または複数の抗体を個体支持体上に被覆することにより作成することができる。このストリップは、次に、供試生体試料の中に浸し、さらに洗浄および検出工程を介して迅速に処理すれば、例えば着色したスポットなどの形で測定可能な信号を生成することができる。
いくつかの実施形態にあっては、質量分析法(MS)のみを用いて、あるいは他の方法(例えば、免疫検定法またはRNA測定法)と組み合わせて用いて、生体試料中における本明細書に開示される一以上のバイオマーカーの存在および/またはその量を判定することができる。いくつかの実施形態にあっては、質量分析法(MS)は、例えば直接−スポットMALDI−TOFまたは液体クロマトグラフィーMALDI−TOF質量分析法などのマトリックス支援レーザー脱着/イオン化(MALDI)飛行時間(TOF)MS分析法からなる。いくつかの実施形態にあっては、MS分析法は、例えば液体クロマトグラフィー(LC)ESI−MSなどのエレクトロスプレー・イオン化(ESI)MSからなる。質量分析は、市販のスペクトロメーターを用いて行うことができる。生体試料中のバイオマーカーの存在またはその量を検出するためにMALDI−TOF MSおよびESI−MSを含めてMS分析を利用する方法は、当該技術分野では公知である。さらなる手引きとしては、例えば、米国特許第6,925,389号、第6,989,100号、および第6,890,763号を参照されたい。これらの各特許は、ここに言及したことによってその全体が本明細書に組み込まれたものとなる。
本法のいくつかの実施形態は、生体試料中の一以上のバイオマーカーの存在または不存在の定性的評価のみを必要とするが、本法の他の実施形態は、生体試料中の一以上のバイオマーカーの各々の量の定量的評価を必要とする。そのような定量的評価は、例えば、当該技術分野で熟練したものには理解できるように、上述した方法のいずれか一つを用いて行うことができる。
表1に示した特定のバイオマーカーに加えて、上部消化器がんの診断に有用な他のバイオマーカーの量の測定も提供される。例えば、トレフォイル因子2(TFF2)免疫反応性細胞の存在は、胃がんと関連している。Schmidt,P.H.,Lee,J.R.,Joshi,V.,Playford,R.J.,Poulsom,R.,Wright,N.A.,およびGoldenring,J.R.(1999)によるIdentification of a metaplastic cell lineage associated with human gastric adenocarcinoma(ヒトの胃腺がんに関連する化生細胞系統の同定).Lab.Invest.79:639:646(“Schmidt,等”)を参照されたい。他の例として、ペプシノゲンI/IIの或る比率は、ある種の上部消化器がんと関連している。例えば、Oishi Y,Kiyohara Y,Kubo M,Tanaka K,Tanizaki Y,Ninomiya T,Doi Y,Shikata K,Yonemoto K,Shirota T,Matsumoto T,Iida M.(2006)によるThe serum pepsinogen test as predictor of gastoric cancer(胃がんの予測因子としての血清ペプシノゲン試験):the Hirayama study.Am J Epidemiol.167(3):629−37;およびDenis−Ribeiro M.daCosta−Pereira A,Lopes C,Barbosa J,Guilherme M,Moreira−Dias L,Lomba−Viana H,Silva R,Abreu N, Lomba−Viana R.(2004)によるValidity of serum pepsinogenI/IIratio for the diagnosis of gastric epithelial dysplasia and intestinal metaplasia during the follow−up of sujects at rik for intestinal−type gastirc adenocacinoma(腸型胃腺がんの危険のある対象者の追跡中における胃上皮異形成および腸の化生の診断に関する血清ペプシノゲンのI/II比の妥当性).Neoplasia.6(5):449−56を参照されたい。したがって、TFF2および/または(ペプシノゲンI/II比を求めるために)ペプシノゲンIとペプシノゲンIIをさらに測定して、上部消化器がんの危険性のあるものまたは現在罹患しているものの同定のために診断マトリックスを生成することができる。
本法のいくつかの実施形態にあっては、生体試料と同時に分析される対照試料を含めるようにして、生体試料から得られる結果を対照試料から得られる結果と比較することものぞましいかもしれない。さらに、標準曲線を提供し、生体試料に関する検定結果をそれと比較することも考慮されている。このような標準曲線は、バイオマーカーのレベルを、検定単位の関数として示す。すなわち蛍光標識が使用される場合には蛍光信号の強度の関数として示す。標準曲線は、多数の提供者から採取した試料を用いて、正常な組織における一以上のバイオマーカーの対照基準値を規定し、また、化成のある提供者あるいは上部消化器がんのある提供者から採取した組織中の一以上のバイオマーカーの「危険な」レベルを規定することが可能となる。
本法のいくつかの実施形態にあっては、対象者は、該対象者から得られた生体試料中で、HE4,LGALS3、IL1RN、TRIP13、FIGNL1、CRIP1、S100A4、EXOSC8、EXPI、BRRN1、NELF、EREG、TMEM40、およびTMEM109から選ばれた一以上のバイオマーカーを同定することによって化生(metaplasia)を有するものとして同定される。本法の他の実施形態にあっては、対象者から得られた生体試料中で一以上のこれらのバイオマーカーを同定することは、該対象者ががんを有するものとして同定されることになる。
バイオマーカーの遺伝子発現、例えばmRNA、を測定することによって、あるいはタンパク質バイオマーカーを直接測定することによって、生体試料中で一以上のバイオマーカーが同定されるか否かにかかわらず、生体試料中で多数のバイオマーカーを精査することによって、診断方法の効率、正確性、感度、および特異性を高めうることが想定される。例えば、本法のいくつかの実施形態にあっては、生体試料は、TFT2およびHE4,LGALS3、IL1RN、TRIP13、FIGNL1、CRIP1、S100A4、EXOSC8、EXPI、BRRN1、NELF、EREG、TMEM40、およびTMEM109から選ばれた一つのバイオマーカーに関して精査することができる。他の例として、生体試料は、HE4,LGALS3、IL1RN、TRIP13、FIGNL1、CRIP1、S100A4、EXOSC8、EXPI、BRRN1、NELF、EREG、TMEM40、およびTMEM109から選ばれた2−5個のバイオマーカーに関して精査することができる。さらに他の例として、生体試料は、HE4,LGALS3、IL1RN、TRIP13、FIGNL1、CRIP1、S100A4、EXOSC8、EXPI、BRRN1、NELF、EREG、TMEM40、およびTMEM109から選ばれた6−10個のバイオマーカーに関して精査することができる。
マーカーの分析は、一つの試験試料の中で個別にまたは追加のマーカーと同時に行うことができる。例えば、いくつかのマーカーを組み合わせて一つの試験を行えば、多数の試料の処理の効率を高め、また診断および/または予後の正確性を高める可能性を得ることができる。さらに、当該技術分野で熟練したものは、同じ対象者から(例えば、時間的に順次)多数の試料を試験することの価値を認識しているであろう。このように順次試料を試験することによって、マーカーのレベルの経時的変化を同定することが可能となる。マーカーのレベルの上昇または下降、ならびにマーカーのレベルに変化のないことは、疾病の状態についての有用な情報を提供し得るものであり、そのような情報は、事象の発生からのおおよその時間を同定するのに限定されないが、救済可能な組織の存在およびその量、薬物療法の適当性、各種治療法の有効性、および将来の事象の発生の危険性を含めて対象者に生じる結果の同定を包含するものである。
バイオマーカーの分析は、さまざまな物理的フォーマットを用いて行うことができる。例えば、マイクロプレートまたはオートメーションを使用すれば、多数の試験用試料の処置を容易にすることができる。あるいは、単一試料フォーマットを開発して、例えば救急車による搬送あるいは救急処置室などの環境での応急処置および診断を時機的要領で容易にすることもできる。
再び図1を参照して、対象者は、コントロール・レベルと比較して試料中の少なくとも一つのバイオマーカーの量に測定可能な差がある場合には、上部消化器がんを有すると診断される106。逆に、生体試料の精査の結果、その中でバイオマーカーが同定されない場合には、対象者は、上部消化器がんを有しない、がんの危険性はない、あるいはがんの危険性が低いと同定することができる。この点に関して、がんまたはその危険性を有する対象者は、がんまたはその危険性が低いか実質的にない対象者と区別することができる。上部消化器がん発生の危険性を有する対象者は、上部消化器の内視鏡検査を含めてより集中的および/または規則的スクリーニングのスケジュールに載せることができる。他方、危険性が低いか実質的にない対象者は、将来のスクリーニング、例えば本発明にもとづいて行われるスクリーニングによって対象者に上部消化器がんの危険性が示されたときまでは、そのような内視鏡検査を行わなくともよいかもしれない。
上に述べたように、本発明にもとづく方法の実施形態によっては、一以上のバイオマーカーの同定は、バイオマーカーの存在または不存在の定性的判定であり得るし、あるいはバイオマーカーの濃度の定量的判定であり得る。この点に関して、典型的方法では、上部消化器がんを有するまたは発生する危険のある対象者の診断の工程は、いくつかの閾値の測定が行われたこと、すなわち生体試料中の一以上のバイオマーカーのレベルが規定のコントロール・レベルを超えたことを示すものである106。本法のいくつかの実施形態にあっては、コントロール・レベルは、バイオマーカーの任意の検出可能なレベルである。本法の対照試料が生体試料と同時に試験される他の実施形態にあっては、既定のレベルは、対照試料中での検出のレベルである。本法の他の実施形態にあっては、既定のレベルは、標準曲線にもとづくおよび/または標準曲線によって同定されるレベルである。本法の他の実施形態にあっては、既定のレベルは、特異的に同定された濃度または濃度の範囲である。したがって、既定のレベルは、一部は、実際に用いられる本法の実施形態およびのぞましい特異性等にもとづいて、当業者には明らかな許容し得る限度内で選択できるものである。
さらに、本発明の診断方法に関して、好ましい対象者は、脊椎動物である。好ましい脊椎動物は、温血動物であり、好ましい温血脊椎動物は、哺乳動物である。好ましい哺乳動物の最も好ましいのはヒトである。本明細書で用いられる場合、「対象者」という用語は、ヒトおよび動物の対象者の両方を含む。したがって、本発明にもとづけば、獣医学的な治療用途が提供される。
したがって、本発明は、ヒトならびにシベリアタイガーなどの絶滅の危機に瀕していることから重要性のある哺乳動物やヒトが消費するために牧場で飼育されている動物などの経済的に重要な哺乳動物、および/またはペットとしてまたは動物園で維持されている動物などのヒトにとって社会的に重要な動物の診断方法を提供するものである。このような動物の例としては、猫および犬などの食肉動物、ピッグ、ホッグ、およびイノシシを含めて豚類動物、キャトル(畜牛)、オックス(食用および荷役牛)、羊、キリン、鹿、山羊、バイソン、およびラクダなどの反芻動物および/または有蹄動物、および馬を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。したがって、豚、反芻動物、有蹄動物、馬(競走馬を含めて)等を含む家畜類の診断方法および処置方法が提供されるが、家畜類は、上に挙げたものに限定されるものではない。
本発明は、さらに、対象者における上部消化器がんの診断のためのシステムを含むものである。このシステムは、例えば、生体試料使用を回収した対象者の中の上部消化器がんの危険性または上部消化器がんの診断のためのスクリーニングに用いる市販用キットとして提供することができる。本発明にもとづいて提供される典型的システムとしては、HE4,LGALS3、IL1RN、TRIP13、FIGNL1、CRIP1、S100A4、EXOSC8、EXPI、BRRN1、NELF、EREG、TMEM40、およびTMEM109から選ばれた一以上のバイオマーカーの各々に選択的に結合するプローブ、および一以上のバイオマーカーに対するプローブの結合を検出するための構成部品がある。
このシステムのいくつかの実施形態にあっては、該プローブは、RNAハイブリッド形成用プローブとすることができる。この場合には、生体試料のRNAは単離され、増幅され、cDNAに変換され、標識化され、ハイブリッド形成を可能とするためにプローブとともにインキュベートされる。プローブがバイオマーカーのcDNAへ結合することは、該プローブの標識を用いて検出することができる。該標識は、例えば、蛍光標識とすることができる。
該システムの他の実施形態にあっては、プローブは、タンパク質のバイオマーカーと選択的に結合する抗体とすることができる。抗体がバイオマーカーと結合することは、例えば、酵素結合抗体を用いて検出することができる。
このシステムは、また、対照として使用するために或る試料を含むものとすることができる。このシステムは、さらに、バイオマーカーmRNAのレベルまたはバイオマーカータンパク質のレベルを検定単位の関数として規定する一以上の標識曲線を含むものとすることができる。このシステムは、加えて、TFF2用プローブおよび/または(ペプシノゲンI/IIの比を求めるための)ペプシノゲンIおよびペプシノゲンII用プローブを含むものとすることができる。
したがって、本発明のいくつかの実施形態にあっては、バイオマーカーの分析用キットであって、例えば、バイオマーカーのポリペプチドに対して選択的な抗体を含めてのプローブ、または本明細書で開示される一以上のバイオマーカーに対して特異性を有し、mRNAバイオマーカー(またはそれから増幅されたcDNA)と選択的に結合することのできるRNAハイブリッド形成用プローブからなるキットが提供される。いくつかの実施形態にあっては、プローブは、基質に結合させることができる。そのようなキットは、少なくとも一つの試験用試料を分析するための装置および試薬を含むものとすることができる。該キットは、さらに、該キットを使用する際および分析を行う際の説明書を含むものとすることができる。場合によっては、キットは、マーカーのレベルを対象者の診断または予後に変換するための一以上の試薬または装置を含むものとすることができる。
本発明の実施にあたっては、他にとくに示されない限り、細胞生物学、細胞培養、分子生物学、トランスジェニック(遺伝子組み換え)生物学、微生物学、組み換えDNA、および免疫学の慣用の手法を用いることができる。これらは、当該技術分野の技能の範囲に含まれるものである。これらの手法は、文献に充分に説明されている。例えば、Molecular Cloning A Laboratory Manual(分子クローン化の研究マニュアル)(1989),2nd Ed.,ed.by Sambrook,Fritsch and Maniatis,eds.,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Chapter 16 and 17;U.S.Pat.No.4,683,195; DNA Cloning(DNAのクローン化), Volumes I and II, Glover,ed.,1985; Oligonucleotide Synthesis(オリゴヌクレオチドの合成),M.J.Gait,ed.,1984; Nucleic Acid Hybridization(核酸のハイブリッド化),D.Hames&S.J.Higgins,eds.,1984; Transcription and Translation(転写と翻訳),B.D.Hames&S.J.Higgins,eds.,1984; Culture Of Animal Cells(動物細胞の培養),R.I.Rreshney,Alan R.Liss,Inc.,1987; Immobilized Cells And Enzymes(固定化細胞と酵素),IRL Press,1986; Perbal(1984),A Practical Guide to Molecular Cloning(分子のクローン化の実用案内書); See Methods In Enzymology(Academic Press,Inc.,N.Y.); Gene Transfer Vectors For Mammalian Cells(哺乳動物の細胞のための遺伝子導入ベクター),J.H.Miller and M.P.Calos,eds.,Cold Spring Harbor Laboratory,1987; Methods In Enzymology(酵素学の方法),Vols.154 and 155,Wu et al.,eds.,Academic Press Inc.,N.Y.; Immunochemical Methods in Cell And Molecular Biology(細胞および分子生物学における免疫化学的方法)(Mayer and Walker,eds.,Academic Press,London,1987; Handbook Of Experimental Immunology(実験免疫学ハンドブック),Volumes I−IV,D.M.Weir and C.C.Backwell,eds.,1986を参照されたい。
実施例
以下の実施例は、本発明の態様を示すためのものである。本開示および当該技術分野の一般的な技能に照らして、当業者には、以下の実施例は単に例示されたものにすぎず、本発明の範囲から逸脱することなく多数の変化、修正、および変更が可能なことが理解されよう。
実施例1
ヒトにおける胃がんの病因論
図2を参照して、西欧の大多数の研究者は、伝統的に、胚細胞性腸上皮化生(goblet cell intestimal metaplasia)を胃がんの始まりを示す主要な症状であると考えてきた。Correa,P.1988.A human model of gastric carcinogenesis(胃発がんのヒトのモデル).Cancer Res.48:3554−3560;Smith,V.C.,Genta,R.M.2000. Role of Helicobcter pyroli gastritis in gastric atrophy,intenstinal metaplasia, and gastric neoplasia(胃の萎縮、腸上皮化生、および胃の新生組織形成におけるヘリコバクター・ピロリ菌(H.pylori)による胃炎の役割)、Microsc Res Tech.48;313−20:およびFilipe,M.I.,Munoz,N.,Natko,I.,Kato,I.,Pome−Kim,V.,Juersek,A.,Teuchmann,S.,Benz,M.,Prijon,T.1994. Intestinal metaplasia types and the risk of gastric cancer; a cohort study in Slovenia(腸上皮化生の型および胃がんの危険性:スロベニアにおけるコホート(集団)調査),Int J Cacer.57:324−329を参照されたい。胚細胞は、正常な胃では見出せない。したがって、胚細胞の形態をとる細胞の存在は、腸発現型の細胞をともなう明白な化生の進行をあらわしている。
しかしながら、腸上皮化生を異形成形質転換と直接結びつける証拠は、ほとんど存在しない。Hattori,T.1986.Development of adenocarcinomas in the stomach(胃における腺がんの発生).Cancer 57:1528−1534を参照されたい。実際、腸上皮化生は、がんの唯一可能な化成前駆体ではない。とくにアジアにおいて、多数の研究者が、幽門洞腺表現型と同様な一般的な表現型をもつ胃底部の化生腺の存在に注意を集中してきている。Hattori,T.1986.Development of adenocarcinomas in the stomach(胃における腺がんの発生).Cancer 57:1528−1534を参照されたい。この胃底部表現型の幽門化あるいは擬似幽門化生は、腸型の腺がんと普通関連付けられている。再度図2を参照して、同様な化生の進行が、鎮攣性ポリペプチド発現性化生(SPEM)として記述されている。これは、深部幽門腺細胞あるいはブルナーの腺細胞と同様な形態特性を有する胃底部のトレフォイル因子2(TFF2または鎮攣性ポリペプチド)免疫反応性細胞の存在によって特徴付けられる。Schmidt,et al.を参照されたい。
SPEMは、米国、日本、およびアイスランドでの三つの研究で、切除した胃がんの90%以上と関連付けられている。Schmidt,et al.; Halldorsdottir,et al。鎮攣性ポリペプチド発現性化生(SPEM)は、アイスランドでは胃がんと関連付けられている。Dig.Dis.Sci.48:431−441.を参照されたい。さらに、韓国の対象者および化生と相関するTFF2の発現に関しても同様の所見が報告されている。Dhar,D.K.Wang,T.C.Maruyama,R.,Udagawa,J.Kubota,H.,Fuji,T.,Tachibana,M.,Ono,T.,Otani,H.,andNagasue,N.(2003)。細胞質TFF2の発現は、腫瘍の転移および胃がんの陰性予後因子のバイオマーカーである。Lab Invest 83:1343−1352を参照されたい。これらの研究のすべてで、SPEMは、頻繁にまたはより頻繁に胚細胞性腸上皮化生よりはがんと関連して存在する。アイスランドの研究では、TFF2の免疫反応性は、進行した胃がんではあまり顕著ではないが、初期の胃がんでは50%以上でTFF2の免疫反応性が観察された。Halldorsdottir,et al.を参照されたい。これらのヒトにおける研究は、すべて、推定されるヒトの前がん性化生として、SPEMおよび腸上皮化生の重要性を示している。
実施例2
急性酸分泌領域萎縮につづくSPEMの誘発
経口活性のある細胞浸透性好中球エラスターゼ阻害剤であるDMP−777によって、有意の炎症性浸潤物のない急性酸分泌領域萎縮につづくSPEMの誘発の検査が可能になった。経口DMP−777の多量の投与で処置した(>200mg/kg/d)マウスあるいはラットは、3日の投薬で壁細胞の急速な欠損を示した。Goldenring,J.R.,Ray,G.S.,Coffey,R.J.,Meunier,P.C.,Haley,P.J.,Barnes,T.B.,および Car.B.D.(2000).Reversible drug−induced oxyntic atrophy in rats(ラットにおける可逆的薬物誘発酸分泌領域の萎縮).Gastroenterology.118:1080−1093(“Goldenring,et al.”);および Nomura,S.,Settle,S.H.,Leys,C.,Means,A.L.,Peek,R.M.,Jr.,Leach,S.D.,Wright,C.V.E.,Coffey,R.J.,および Goldenring,J.R.(2005).Evidence for repatterning of the gastric fundic epithelium associated with Menetrier‘s disease and GF1 overexpression(メネトリエ病及びTGFa過剰発現に関連する胃底上皮の再パターン化の証拠).Gastroenterology 128;1292−1305(“Nomura,et.al.(2005)”)。急性酸分泌領域萎縮につづいてすぐ、顕著な胃小窩過形成が起こり、次に、酸分泌領域萎縮の7ないし10日後に、胃底部にSPEMが発生した。これらの研究は、胃の化生の誘発が、壁細胞の欠損の直接の結果であることを示している。これらの結果は、壁細胞から分泌される分化に役立つ成長因子の欠損と両立性がある。これらの成長因子は、EGF受容体リガンドTGF−α、アンフィレグリン、およびHB−EGFならびにソニックヘッジホッグ遺伝子を含みうる。この急性酸分泌領域の萎縮のモデルでは、ガストリン・ノックアウト・マウスはDMP−777の処置に反応して表面細胞の過形成を発生しないことから、ガストリンが胃小窩過形成の主要な推進力であると思われる。Nomura,et al.(2005)を参照されたい。しかし、ガストリンの不存在は、SPEMの発生を促進し、わずか1日のDMP−777処置の後に急速に化生を誘発している。
より最近の研究では、DMP−777での処置の後、矮小体型の突然変異を有するwave−2マウスのEGF受容体シグナルが減少し、これがEGF受容体チロシン・キナーゼ活性を低下させ、またSPEMの発生を加速させたことが示されている。Ogawa,M.Nomura,S.,Wang,T.C.,and Goldenring,J.R.(2006).Altered metaplastic response of waved−2 EGF receptor mutant mice to acute oxyntic atrophy(EGF受容体突然変異のwave−2マウスの急性酸分泌領域萎縮に対する化生反応の変容).Am J Physiol 290:G793−G804を参照されたい。これらの研究は、壁細胞の欠損後、固有のパラクリンおよびエンドクリン調節因子が、化生の出現を変調することを示している。DMP−777処置のモデルでは、化生の急速な誘発が可能であるが、この薬物の一年もの長期にわたる投与の後でも、深刻な酸分泌領域萎縮およびSPEMにもかかわらず、マウスあるいはラットで異形成病変は観察されなかったことに留意しなければならない。これらの結果は、DMP−777で処置した動物に有意な炎症性浸潤物がないことから生じるものと思われる。理論に束縛されたくないが、浸潤物がないと思われることは、この薬物の細胞浸透性好中球エラスターゼ阻害剤としての主要な作用の結果である。これらの研究は、炎症性浸潤物のない場合でも、壁細胞の欠損に反応してSPEMが発生することを示している。さらに、これらの研究は、化生から異形成の発生のためには、慢性炎症の存在が一つの要件であることを指摘している。
これらの研究での重要な所見は、ガストリン・ノックアウト・マウスにおけるDNP−777処置に反応してSPEMの急速な誘発に関する。ガストリン欠乏マウスは、DMP−777のわずか一回の投与後にSPEMを発生する。これに対して、野生型C57BL/6のマウスでは7−10日が必要である。古典的には、すべての胃底系統は、腺の上部頚部領域に位置する前駆細胞帯域から派生すると考えられている。しかし、マウスを用いた最近の研究では、主細胞は、中間的な増殖前駆細胞を介することなく頚部粘液細胞の再分化から発生することが示されている。
これが再分化であるか分化転換であるかにかかわらず、これらの所見は、各種の胃細胞が、腺軸に沿った正常な分化の一部としてそのトランスクリプトーム(transcriptome)の中で変容し得るものであることを示している。SPEMが胃底腺基部にあるクリプティック前駆細胞から発生することは暗示されていたが、これらの結果は、SPEMが主細胞の分化転換を介して発生することを暗示している。実際、個別の顆粒状の固有の因子(マウスにおける主細胞バイオマーカー)およびTFT2をともに発現する腺の基部に細胞が存在することは、SPEMの誘発をよく反映したものであることが見出されている。DMP−777で処置したガストリン欠乏マウスでは、処置のわずか1日後にこれらの二重発現細胞が急速に増加した。二重発現細胞に加えて、胃底腺の基部にあるBrdU−標識化されたS期細胞が、内腔近傍にある正常な前駆細胞帯域とは別に観察されている。Goldenring,et al.,およびNomura, et al.,を参照されたい。
DMP−777で処置したマウスで観察された増殖速度は、H.felis−感染マウスで、SPEMで観察されたものよりかなり低いが、基部にある増殖細胞の急速な誘発は、いくつかの分化転換細胞が細胞サイクルに再参入し得ることを暗示している。したがって、SPEM細胞は、最終的には自己再生細胞となるかあるいは炎症調節因子によって化生膨張または異形成形質転換に向かうように影響されるかもしれない。
実施例3
主細胞の分化転換の遺伝子マイクロアレー分析
急性酸分泌領域萎縮のマウス・モデルを用いて、壁細胞の欠損につづく最初期の事象の研究が行われた。ゲッ歯類を壁細胞プロトノフォア(protonophore)プロトンを膜透過させる物質)DMP−777で処置すると、1ないし3日以内に酸分泌壁細胞の急速な欠損が生じる。野性型C57BL/6のマウスでは、壁細胞の欠損につづいて、薬物処置の10−14日後に深い胃底腺にSPEMが出現し、それと同時に同じく胃底腺の基部にBrdU−標識化された増殖細胞が出現する。Nomura,S.,Yamaguchi,H.,Wang,T.C.,Lee,J.R.,および Goldenring,J.R.(2004) Alaterations in gastric mucosal lineages induced by acute oxyntic atrophy in wild type and gastrin deficient mice(野生型でガストリン欠乏マウスにおける急性酸分泌領域の萎縮によって誘発した胃粘膜系統の変容).Amer.J.Physiol.288:G362−G375を参照されたい。これらの化生腺のきわめて基部で、TFF2および内因子(ゲッ歯類における主細胞に特異的なバイオマーカー)の両方に対して二重に免疫反応性を示す細胞の存在が観察された。Ogawa,M.Nomura,S.,Wang,T.C.,および Goldenring,J.R.(2006) Altered metaplastic response of waved−2 EGF receptor mutant mice to acute oxyntic atrophy(EGF受容体突然変異のwave−2マウスの急性酸分泌領域の萎縮への化生反応の変容).Am J Physiol 290:G793−G804; Nomura,S.,Baxter, S.,Yamaguchi,T.,Leys,C.,Vartapetian,A.B.,Fox,J.G.,Lee,J.R.,Wang,T.C.,および Goldenring,J.R.(2004) Relationship of spasmolytic polypeptide expressing metaplasia (SPEM)to pre−neoplasia in H.felis−infected mice(H−felis感染マウスの前がんに対する鎮攣性ポリペプチド発現性化生(SPEM)の関係).Gastroenterology 127:582−594;および Yamaguchi,H.,Goldenring,J.R.,Kaminishi,M.,および Lee,J.R.(2002) Association of spasmolytic polypeptide expressing metaplasia (SPEM) with carcinogen administration and oxyntic atrophy in rats(ラットにおける鎮攣性ポリペプチド発現性化生(SPEM)とがん源投与および酸分泌領域の萎縮との関連).Lab.Invest.82:1045−1054を参照されたい。
より最近、ガストリン・ノックアウト・マウスでは、やはり胃腺の底部におけるBrdU陽性のS期細胞の存在に関連して、DMP−777を一回だけ投与した後にSPEMを発生したことが見出されている。Nomura,S.,Yamaguchi,H.,Wang,T.C.,Lee,J.R.,および Goldenring,J.R.(2004) Alterations in gastric mucosal lineages induced by acute oxytic atrophy in wild type and gastrin deficient mice(野生型でガストリン欠乏マウスにおける急性酸分泌領域の萎縮によって誘発した胃粘膜系統の変容).Amer.J.Physiol.288:G362−G375を参照されたい。これらの結果ならびに二重に免疫反応性を有する細胞の同定から、SPEMが、最初は主細胞の分化転換からは生じるという仮説が導かれている。この仮説をより直接検討するために、主細胞を未処置のガストリン・ノックアウト・マウスのきわめて基部から顕微切開によって切除し、またDMP−777での1〜3日の処置後に胃底腺の基部にあるSPEM細胞から切除した。各グループの4匹の異なるマウスから単離した10000個の細胞から全RNAを用意した。12の試料の各々に線形増幅を行い、アフィメトリックス(Affymetrix) マウス2.0遺伝子のマイクロアレーを精査した。次に、データを分析して、発現が少なくとも二倍に増加または減少した遺伝子を判別した。これらの結果から以下の所見が得られた。第一に、発現が増加した転写物のグループで検出されたアポプトーシス促進(pro-apoptotic)遺伝子はない。第二に、BRCA1、RIS2、RAD51、TACC3およびリガーゼ1の5つのMCMタンパク質を含めて30の遺伝子が、G1−S界面遷移に関与していると同定された。DMP−777で1日または3日処置をしたマウスの胃底腺の基部にあるSPEM細胞でMCM3ならびにTACC3の発現増加(upregulation)を免疫細胞化学によって確認した。これらの変化は、すべて、増殖性表現型に向かう変容と合致する。ガストリン・ノックアウト・マウスのDMP−777での処置が、胃底腺基部でのBrdU標識化細胞の増加を生じることは既にのべたが、標識化の増加がSPEM表現型の出現を説明できるようには思われない。Nomura,S.,Yamaguchi,H.,Wang,T.C.,Lee,J.R.,および Goldenring,J.R.(2004) Alterations in gastric mucosal lineages induced by acute oxytic atrophy in wild type and gastrin deficient mice(野生型でガストリン欠乏マウスにおける急性酸分泌領域の萎縮によって誘発した胃粘膜系統の変容).Amer.J.Physiol.288:G362−G375を参照されたい。したがって、G1/S界面に関与するタンパク質の発現増加は、SPEM内への主細胞の分化転換と合致する。これは、そのような変化には、大域的なトランススクリプトーム、DNAをほどくことを必要とする変容、およびDNAメチル化における変容を含めて遺伝子の活性化における変化を必要とするであろうという理由からである。
分化転換が起こっていることを示すバイオマーカーに加えて、発現増加のリストは、表2に示すように、分泌性タンパク質あるいは細胞表面タンパク質であるいくつかの重要と推定されるバイオマーカーを含んでいる(倍増数は、2の指数として示してある)。
これらのタンパク質は、酸分泌領域の萎縮の後、主細胞のSPEMへの分化転換中に発現が有意に増加するタンパク質のグループを表す。したがって、これらのタンパク質は、胃の前がん性化生に対するバイオマーカーとなり得るものである。
表2に示したバイオマーカーに加えて、発現増加した遺伝子の中にはヒトの副精巣タンパク質4(HE4)がある。Bingle,L.,Singleton,V.,および Bingle,C.D.(2002) The putative ovarian tumor biomaker gene HE4(WFDC2),is expressed in normal tissues and undergoes complex alternative splicing to yield multiple protein isoforms(推定的卵巣腫瘍のバイオマーカー遺伝子HE4(WFDC2)は、正常な組織で発現し、複雑な交互スプライシングを経て、多数のタンパク質のイソフォームを生じる).Oncogene21;2768−2733; Bouchard,D.,Morisset,D.,Bourbonnais,Y.,および Tremblay,G.M.(2006) Proteins with whey−acidic−protein motifs and cancer(乳清酸性タンパク質モチーフを有するタンパク質とがん).Lancet Oncol7:167−174; Galgano,M.T.,Hampton,G.M.,および Frierson,H.F.(2006) Comprehensive analysis of HE4 expression in normal and malignant human tissue(正常なおよび悪性のヒト組織中のHE4発現の包括的分析).Mod Pathol19:847−853; Hellstrom,I.,Raycraft,J.,Hayden−Ledbetter,M.,Ledbetter,J.A.,Schummer,M.,McIntosh,M.,Drescher,C.,Urban,N.,および Hellstrom,K.E.(2003) The HE4(WFDC2) protein is a biormarker for ovarian carcinoma(HE4タンパク質は、卵巣がん腫に対するバイオマーカーである).Cancer Res63:3695−3700を参照されたい。実際、HE4遺伝子の発現には16倍以上の増加が観察された。HE4は、卵巣がんなどいくつかのがんに対する有用なバイオマーカーであると同定されている。例えば米国特許出願公開第2003/0108965号を参照されたい。しかし、HE4は、胃では発現しないと考えられていたため、胃がんに対する有用なバイオマーカーであると同定することは予想されていなかった。Galgano,M.T.,Hampton,G.M.;および Frierson Jr.,H.F.(2006) Comprehensive analysis of HE4 expression in normal and malignant human tissue(正常なおよび悪性のヒトの組織中のHE4発現の包括的分析). Mod.Pathology.19:847−853を参照されたい。
図3を参照して、未処置マウスの胃底粘膜ではHE4免疫反応性はほとんどないしまったく観察されなかった。しかし。わずか1日の処置の後、HE4免疫反応性は、SPEM内で顕著に増加した。さらに、正常なヒトの胃底部はHE4を発現しないが、SPEMおよび腸上皮化生はともにHE4を強く発現することが見出された。
実施例4−8のための材料および方法
遺伝子マイクロアレー分析
ガストリン遺伝子を標的にして崩壊させてガストリン欠乏マウスをつくり、C57BL/6のバックグラウンド上で維持した(Nomura S,Yasmaguchi H, Wang TC,Lee JR,Goldenring JR.Alaterations in gastric mucosal lineages induced by acute oxyntic atrophy in wild type and gastrin deficient mice(野生型でガストリン欠乏マウスにおける急性酸分泌領域の萎縮によって誘発した胃粘膜系統の変容).Amer.J.Physiol.2004;In Press)。マウスは、0.5%メチルセルロースの中で処方したDMP−777(デュポン製薬からの寄贈)の経口摂食投与で1日または3日処置した(摂食として1日に1回350mg/kg/日経口投与した)。未処置のマウスは、対照(コントロール)として利用した。マウスを屠殺して、その胃を大湾曲部に沿って切開し、レーザーキャプチャー法による顕微切開を行うために処理して冷凍切片とした。未処置のガストリン欠乏マウスから、胃腺の基部から主細胞を顕微切開した。1日または3日の薬物経口投与後にDMP−777で処置したガストリン欠乏マウスの胃底腺の基部から、出現してきたSPEM細胞を顕微切開した。すでに述べたようにして細胞収集(10000個の細胞)および全RNAの抽出を行った(Nomura,S.,Baxter, S.,Yamaguchi,T.,Leys,C.,Vartapetian,A.B.,Fox,J.G.,Lee,J.R.,Wang,T.C.,および Goldenring,J.R.(2004) Relationship of spasmolytic polypeptide expressing metaplasia (SPEM)to pre−neoplasia in H.felis−fected mice(H−felis感染マウスの前がんに対する鎮攣性ポリペプチド発現性化生(SPEM)の関係).Gastroenterology 127:582−594)。
顕微切開で採取した細胞からの全RNAを逆転写し、Nugen Ovationキットを用いて線形増幅を2ラウンド行って増幅し、RNA10−20ngを増幅し標識化した。得られた一本鎖のcDNA生成物をキアゲン社のQIAQUICK(登録商標)カラムへの結合および該かラムからの溶出によって精製した。該cDNA生成物を定量化し、断片化し標識化した生成物2.2μgを、一晩でアフィメトリックスマウス(Affymetrix Mouse)4302.0マイクロアレーにハイブリッド形成し、翌日染色と走査を行った。未処置ガストリン欠乏マウス4匹、DMP−777で1日処置したマウス4匹、およびDMP−777で3日処置したマウス4匹から顕微切開で採取した細胞のうちから遺伝子発現を分析した。Affy関数をRで使用して生の遺伝子発現データ(.cel files)を発現値に変換した(Bioconductorウエッブサイト参照)。最初に、グループ(対照、1日処置、3日処置)間の差について、分散分析を用いた全体の順列F−テストを用いてグループ間の発現レベルを比較した。統計的に有意な全体の差が認められる場合には、対照と1日処置および対照と3日処置の対の差について順列t−テストを用いて比較した。次に、統計的に有意な対の差を示すデータにおいて処置グループ(1日および3日)と対照の間で少なくとも4倍の差を要件として候補のプローブのリストをさらに減らした。SAFEパッケージをRで使用してすべての発現データの分析を行った。WebGestaltソフトウエアを用いて注釈およびパスウエイを問い合わせた(Zhang B,Kirov S,Snoddy J.WebGestalt:an integrated system for exploring gene sets in various biological contexts.Nucleic Acids Res2005;33:W741−8)。
定量的ポリメラーゼ連鎖反応
レーザー捕捉顕微切開を行った正常、DMP−777での1日処置、およびDMP−777での3日処置のガストリン欠損マウスの胃から得られた細胞の収集物から単離した全RNAは、定量的PCR検定法で分析した。ランダム・プライマーおよびQuantiscript Reverse トランスクリプターゼ(Qiagen,Valencia,CA)を用いて、42℃で30分、各全RNA試料からの逆転写を行った。Bio−RadiCycler iQリアルタイムPCR検出システム(Bio−Rad Laboratories,Hercules,CA)を用いた3段階法で定量的リアルタイムPCRを行った。各反応は、QuantiTect SYBR Green PCR Master Mix(Qiagen)、および1μLのテンプレートcDNAからなる50μLの混合液の中で行った。使用したプライマーの配列を表3に示す。定量的リアルタイムPCRのためのPCR条件は、95℃で10分間、94℃で15秒間を45サイクル、60℃で30秒間、および72℃で30秒間とした。各試料中のcDNAテンプレーの定量化は、すでに述べたようにGAPDHを対照として使用して比較閾サイクル(C)法を用いて判定した(Nomura,S.,Baxter, S.,Yamaguchi,T.,Leys,C.,Vartapetian,A.B.,Fox,JG.,Lee,JR.,Wang,TC.,および Goldenring,JR.Relationship of spasmolytic polypeptide expressing metaplasia (SPEM)to pre−neoplasia in H.felis−infected mice(H−felis感染マウスの前がんに対する鎮攣性ポリペプチド発現性化生(SPEM)の関係).Gastroenterology(2004) 127:582−594)。グループ間の平均ΔΔCの統計的比較は、Mann−WhitneyのUテストを用いて判定した。
表3
定量的PCRに用いたプライマー・セット
GAPDHに対して特異的な人工生成PCRセンス・プライマー配列
GAPDHに対して特異的な人工生成PCRアンチセンス・プライマー配列

GAPDH センス 5’-TGA CGT GCC GCC TGG AGA AA-3’ (SEQ ID NO:1)
アンチセンス 5’-CCG GCA TCG AAG GTG GAA GAG-3’ (SEQ ID NO:2)
生成物サイズ: 160bp

MCM3 センス5’-GCG CAG AGA GAC TAC TTG GAC-3’ (SEQ ID NO:3)
アンチセンス5’-TGC TTG GCG TAG GTG G-3’ (SEQ ID NO:4)
生成物サイズ: 239bp

MCM5 センス5’-GCG GCA TTA CAA CCT GGG TGA-3’ (SEQ ID NO:5)
アンチセンス5’-ACG GGC TGG CAT CTG ACT TGA-3’ (SEQ ID NO:6)
生成物サイズ: 224bp

MCM7 センス5’-CAC GCT CAA TGC CCG ATG CT-3’ (SEQ ID NO:7)
アンチセンス5’-TTG TCT CTG TCG GGC CGG TCT-3’ (SEQ ID NO:8)
生成物サイズ: 159bp

ST3GAL6 センス 5’-CAT ATA TCA CCA GCG AAG CAG-3’ (SEQ ID NO:9)
アンチセンス 5’-TGG CAT TCC CGT AGT AGT GT-3’ (SEQ ID NO:10)
生成物サイズ: 198bp

ATF3 センス5’-GAT GCA ACG CGC TCC CAG-3’ (SEQ ID NO:11)
アンチセンス 5’-GGC GGC CAG GGT CCA GAG AAC-3’(SEQ ID NO:12)
生成物サイズ: 163bp

HE4 センス5’-TGC CTG CCT GTC GCC TCT G-3’ (SEQ ID NO:13)
アンチセンス5’-TGT CCG CAC AGT CCT TGT CCA-3’ (SEQ ID NO:14)
生成物サイズ: 171bp

IL1RN センス5’-TTG GCC TAG GTG TCT TCT GCT-3’ (SEQ ID NO:15)
アンチセンス5’-TAT GTG ATG CCC TGG TGG TT-3’ (SEQ ID NO:16)
生成物サイズ: 243bp

TFF2 センス 5’-TGC TTT GAT CTT GGA TGC TG-3’ (SEQ ID NO:17)
アンチセンス5’-GGA AAA GCA GCA GTT TCG AC-3’ (SEQ ID NO:18)
生成物サイズ: 191bp
免疫組織化学
DMP−777で処置したガストリン欠乏マウスまたは未処置の対照から切除した胃をパラフィンに埋め込んだものを免疫組織化学分析に使用した。C57BL/6野生型のマウスからとった胃およびH.felis−感染C57BL/6マウス(6ヶ月感染)からの切片も比較のために染色して検査した。免疫組織化学分析のために、Mist1染色を除いて、パラフィンを除去した切片をTarget Retrieval(標的回収)溶液(DakoCytomation、Glostrup、デンマーク)を用い、120℃で15分間、抗原回収で事前処理し、その後ただちに氷水で冷却した。Mist1の免疫組織化学分析では、抗原回収作業中にTrilogy抗原回収溶液(Cell Marque,Austin,TX)を用いた。断片は、2%の遮断血清で処理し、次に一次抗体を用いて4℃で一晩インキュベートした。以下の一次抗体を用いて免疫染色を行った:ネズミのモノクローナル・イムノグロブリンM(lgM)抗トレフォイル因子ファミリー2(TFF2,英国Cancer Research,サー・ニコラス・ライトからの寄贈1:1000)、ウサギのanti−Mist1(1:2000)、ネズミのモノクローナル・anti−H/K−ATPase(サウスカロライナ州医科大学アダム・J・スモルカ博士からの寄贈、1:100,000)、ウサギのanti−HE4(1:2000)、ウサギのanti−内因子(セントルイス、ワシントン大学デヴィッド・アルパーズ博士からの寄贈、1:2000)、ヤギのanti−内因子(1:2000)、ウサギのanti−MCM3(1:2000),ラットのモノクロナール・anti−Ki67(TEC−3、DakoCytomation;1:200)。
免疫蛍光法分析のためには、Cy3−ヤギアンチ−マウス IgM抗体、Cy5−ヤギアンチ−マウス IgG抗体(ペンシルベニア州ウエストグラブ、ジャクソン・イムノリサーチ)、およびAlexa488ヤギアンチ−ラビット IgG(カリフォルニア州カールスバッド、インビトロゲン)を使用した。核の対比染色およびマウント用媒質のためには、PROLONG(登録商標) Gold Antifade ReagentをDAPI(インビトロゲン)とともに用いた。
ジアミノベンジジンで検出する免疫組織化学分析では、切片をビオチン標識二次抗体と共に、次に西洋ワサビぺロキシダーゼ共役ストレプタビジンと共にインキュベートした。ジアミノベンジジン(カリフォルニア州サンラモン、バイオジェネックス社)でクロモゲンを発現させた。アルカリ性フォスファターゼで検出する免疫組織化学分析では、切片をビオチン標識二次抗体と共に、次にアルカリ性フォスファターゼ共役アビジン−ビオチン錯体と共にインキュベートした。VECTOR(登録商標) Red Substrate (カリフォルニア州バーリンゲーム、ベクター・ラボラトリーズ社)でクロモゲンを発現させた。切片は、すべてジルのヘマトキシリンで対比染色した。
切片を目視し、さらにツァイスのAXIOVISION(登録商標)デジタル撮像システム(ツァイス)またはFLUOVIEW(登録商標)FV1000共焦顕微鏡システム(オリンパス)を備えたAXIOPHOT(登録商標)顕微鏡で写真撮影した。
ヒトの胃試料の染色には、すでに述べたように二つの組織のアレーを利用した(Leys CM,Nomura S,Rudzinski E,Kaminishi M,ontgomery E,Washington MK,Goldenring JR.Expression of Pdx−1 in human gastric metaplasia and gastric adenocarinoma(ヒトの胃の化成および胃の腺がんにおけるPdx−1の発現).Hum Pathol 2006;37:1162−8)。一つの組織アレーは、日本国東京大学で切除した33の胃から得られた正常な胃粘膜およびSPEMならびに胃上皮化生の例となる試料を含むものであった。第二のアレーは、テネシー州ナッシュビルのヴァンダービルト大学で切除した44人の対象者からえられた正常な粘膜および胃腺がんを含むものであった。
電子顕微鏡分析
未処置の対照およびPBS中の0.1MのCacodylate緩衝剤、2.5%のグルタールアルデヒドの中で氷の上で2.5時間固定した、3日DMP−777で処置したガストリン欠損マウスの胃底領域から得られた新鮮な試料を用いた。試料は、1%の四酸化オスミウム(OsO)および0.1MのCacodylate緩衝剤の中で4℃で一晩固定した。その後、試料にエタノール脱水シリーズを行い、Spurrs樹脂のなかに埋め込んだ。50−100nmの薄い切片を切り取って200メッシュのformvar被覆した銅格子の上に回収した。一晩乾燥した後、格子を2%劣化ウラニルアセテート(UA)で対比染色し、さらに飽和クエン酸鉛で染色した。試料を、フィリップCM12電子顕微鏡で検査した。
実施例4
分化転換に関する形態学的証拠
ガストリン欠乏マウスでSPEMが急速に広がることを暗示する結果が得られていることから(Nomura,S.,Yamaguchi,H.,Wang,TC.,Lee,JR.,および Goldenring,JR.Alaterations in gastric mucosal lineages induced by acute oxyntic atrophy in wild type and gastrin deficient mice.Amer.J.Physiol.2004(野生型でガストリン欠乏マウスにおける急性酸分泌領域の萎縮によって誘発した胃粘膜系統の変容)),bHLH転写因子Mist1を発現する成熟主細胞がDMP−777で処置したマウスでSPEMを生じ得るものか否かの評価を行った(Ramsey VG,Doherty JM,Chen CC,Stappenbeck TS,Konieczny SF,Mills JC.The maturation of mucus−secreting gastric epithelial progenitors into digestive−enzyme secreting zymogenic cells requires Mist1(粘液分泌胃上皮前駆細胞の消化酵素分泌酵素源細胞への成熟はMist1を必要とする)Development (2007);134:211−22)。 未処置のガストリン欠乏マウスでは、成熟した主細胞の核がMist1に対する抗体で染色し、頚部粘液細胞は、TFF2抗体で染色した(図4A)。これに対して、DMP−777で3日処置したマウスでは、Mist1免疫反応細胞の数は腺の基部で減少し、多くのMist1陽性細胞はTFF2に対して二重に免疫反応性があった(図4、B−C参照)。正常な胃では、TFF2および内因子は、それぞれ頚部粘液細胞または主細胞の分泌顆粒で発現した(図4D)。しかし、DMP−777で3日処置したガストリン欠乏マウスでは、胃底腺の基部に、TFT2および内因子染色顆粒の二つの個別の個体群を発現するSPEM細胞が存在した(図4、E−F)。これらの結果は、DMP−777で処置したマウスの壁細胞の欠損は、主細胞の細胞表現型の顕著な変容を誘発することを暗示している。
細胞系統(cell lineages)をより正確に検査するため、未処置のガストリン欠乏マウスからの主細胞およびDMP−777で3日処置したガストリン欠乏マウスから出現してきたSPEM細胞を電子顕微鏡で検査した(図4、G−I).未処置のマウスでは、均質に染色したチモーゲン顆粒とともに正常な主細胞が観察された(図4G)。しかし、DMP−777で処置した細胞では、胃底腺基部でSPEM細胞に異質な顆粒形態の集合が観察された(図4、H−I)。SPEM細胞は、ほぼ核周辺部でいくつかの正常に見えるチモーゲン顆粒を含んでいたが、粘液分泌顆粒とより整合性のある形態で比較的電子濃度の高い物質および電子密度の低い単一の輝く円形外周内包部を有する大きい顆粒も存在した。さらに、内腔下部で多数の比較的小さい電子密度の低い顆粒が観察された。主細胞顆粒形態のこれらの変化は、アポトーシスの形態的証拠なしに観察された。これらの結果は、粘膜分泌細胞により類似した形態を採用するためにそれらの顆粒の内容物を変容させていることを示す(Ramsey VG,Doherty JM,Chen CC,Stappenbeck TS,Konieczny SF,Mills JC.The maturation of mucus−secreting gastric epithelial progenitors into digestive−enzyme secreting zymogenic cells require Mist1(粘液分泌胃上皮前駆細胞の消化酵素分泌酵素源細胞への成熟はMist1を必要とする)Development 2007;134:211−22)。
実施例5
SPEMの出現の遺伝子マイクロアレー分析
SPEMの出現にともなう遺伝子発現の変容を分析するため、レーザーキャプチャー法による顕微切開を利用して、未処置のガストリン欠乏マウスから主細胞をまたDMP−777で1日または3日処置したガストリン欠乏マウスから出現してきたSPEM細胞を単離した。アフィメトリックス遺伝子マイクロアレーを、顕微切開で得た細胞から作成したmRNAで精査した。表4は、わずか1回DMP−777で処置した後、この薬物の処置によって多数の転写物の発現が急速に増加したことを示している。経路分析は、転写物の最も顕著な集合が細胞周期調節とヌクレオチドの代謝に関与していることを示している(表4A)。とくに、発現増加した転写物に対するトップ50のプローブの中の34個は、ATF3、RIS2、RAD51、TACC3およびリガーゼ1の5つのMCMタンパク質を含めてG1/S遷移の調節に関係するタンパク質に対するメッセージを検出した。DMP−777で1日および3日処置したマウスの発現増加した遺伝子の転写物のコホートでは、ともにプロ−アポトーシス(pro−apoptotic)遺伝子が検出されなかった。遺伝子転写物の発現減少の明確なパターンは観察されなかったが、主細胞の生成物であるリパーゼに対する転写物の有意な減少があったことは注意に値する。G1/S調節因子の発現増加に加えて、WFDC2(HE4)およびWDNM1(Expi)の二つのWAPドメインのタンパク質、インターロイキン−1受容体阻害アンタゴニスト(IL1RN),およびエピレグリンを含めて多数の分泌された調節因子の顕著な発現増加を観察した(表4B)。
実施例6
SPEMの出現の定量的PCR分析
遺伝子マイクロアレーによる研究の結果の妥当性を確認するため、定量的PCRを用いて、顕微切開した系統の中から選んだ発現増加した転写物または発現減少した転写物の発現を評価した。MCM3,MCM5,MCM7,およびATF3を含めてG1/S関連転写物の発現増加(up-regulation)が確認された(図5)。HE4およびIL1RNを含めて推定される可溶性メジエーターに関する転写物の発現増加も確認され、また、ST3GaI6の発現減少(down-regulation)も確認された。すでに述べたように、アフィメトリックス遺伝子アレーは、TFF2の発現の変化を正確に検出しない(Nomura,S.,Baxter, S.,Yamaguchi,T.,Leys,C.,Vartapetian,AB.,Fox,JG.,Lee,JR.,Wang,TC.,Goldenring,JR.2004.Relationship of spasmolytic polypeptide expressing metaplasia (SPEM)to pre−neoplasia in H.felis−infected mice(H−felis感染マウスの前がんに対する鎮攣性ポリペプチド発現性化生(SPEM)の関係).Gastroenterology2004;127:582−594)。しかし、定量的PCR測定法では、DMP−777処置した動物から出現するSPEMで、TFF2のレベルは7倍以上に上昇した(図5)。
実施例7
急性酸分泌領域の萎縮につづいてMCM3およびTACC3の発現は増加する
G1/3遷移に関与する転写物の発現増加を調べるために、DMP−777処置したまたは未処置のガストリン欠損マウスの胃を、増殖性細胞の一般的なバイオマーカーであるMCM3およびKi67に対する抗体で二重染色して検査した(図6)。未処置のマウスでは、MCM3は、腺の頚部にある正常な前駆細胞(progenitor)帯内部の細胞に主として局在した(図6A)。しかし、ときどき、胃底腺の基部の細胞内の核MCM3染色が観察された(図6A)。DMP−777処置したマウスでは、増殖性頚部領域でのMCM3染色に加えて、胃底腺基部のSPEM細胞内で顕著な核染色が観察された(図6、B−E)。MCM3発現細胞は、Ki67標識化細胞と比較して、SPEM細胞内部でより広範に分布していた。Ki67陽性細胞の数は、DMP−777処置後にわずかな増加を示したが、MCM陽性細胞の数は、1日のDMP−777処置後(図6B)に増加し、処置から14日間高いレベルにとどまっていた(図6、C−E)。これらの結果は、出現したSPEMの中でのMCM3の活性化は、細胞周期の中に活性参入する場合より顕著であることを暗示している(図6F)。
これらの結果は、胃腺基部から出現するSPEM細胞はMCM3を発現することを示しているが、未処置マウスの腺基部でのMCM3染色の同一性を理解することも求められる。上の観察結果は、同様なMCM3発現細胞が野性型のC57BL6マウスの腺基部でも観察されることから(データは示していない)、ガストリン欠損マウスに特有のものではない。このため、MCM3および成熟した主細胞のバイオマーカーである内因子双方の切片の二重染色を行った(図7)。すべての場合、腺基部のMCM染色核をもつ細胞は、内因子に対しても主細胞であることを示す免疫反応性を示した(図7B)。
細胞周期の開始に関連するタンパク質であるTACC3(Aitola M,Sadek CM,Gustafsson JA,Pelto−Huikko M.Anti/Tacc3 is highly expressed in proliferating mouse tissues during development,spermatogenesis and oogenesis(Anti/Tacc3は、発生、精子形成、および卵形成中に増殖するマウスの組織で高度に発現する).J Histochem Cytochem(2003);51:455−69)の発現も、DMP−777処置したマウスの胃で検査した。未処置のマウスの胃では、TACC3の発現はほとんど認められなかったが(図5)、3日DMP−777で処置した後のマウスの胃底腺の基部のSPEM細胞ではTACC3の発現が大きく増加した(図8)。
実施例8
胃の化生およびがんでのHE4の発現増加
すでに述べたように、SPEMの出現はいくつかの分泌因子の発現増加と合致する。したがって、ガストリン欠損マウスのWAPドメインのタンパク質HE4に対する免疫染色を行った。免疫染色は、ガストリン欠損マウス(図9A)あるいは野生型C57BL6マウスの正常な胃粘膜でほとんど検出できなかった。しかし、DMP−777で処置したマウスでは、胃底腺の基部のSPEM細胞でHE4の発現の顕著な増加が観察された(図9B)。免疫蛍光染色調査では、HE4の顆粒は、SPEM細胞中のTFF2染色性顆粒から明白に染色された。HE4の発現増加がSPEMに共通の特性であるかどうかを評価するために、Helicobacter felis(ヘリコバクター・フェリス菌)9ヶ月間に感染したC57BL/6マウスの粘膜でのHE4の染色を同様に評価した。Helicobacter felis(ヘリコバクター・フェリス菌)に感染したマウスの胃底部の粘膜全体で、SPEM細胞に顕著なHE4染色が観察された(図9C)。
マウスの研究で、HE4の発現と胃化生(gastric metaplasia)との強い関連が暗示されたため、ヒトの胃におけるHE4の発現を評価した。すでに述べたように(Bingle L,Singleton V、Bingle CD.The putative ovarian tumor biomaker gene HE4(WFDC2),is expressed in normal tissues and undergoes complex alternative splicing to yield multiple protein isoforms(推定的卵巣腫瘍のバイオマーカー遺伝子HE4(WFDC2)は、正常な組織で発現し、複雑な選択的スプライシングを受けて、多数のタンパク質のアイソフォームを生じる).Oncogene(2002);21;2768−73)、HE4は、正常なヒトの胃基部粘膜では検出されなかった(図9D).おどろくべきことに、SPEMおよび胚細胞胃上皮化生の両方および遷移性化生の変化においてもHE4は強く発現したことが見出される。(図9、E−I)。さらに、組織アレー分析によって、SPEM(図9E),SPEMおよび腸上皮化生遷移性病変(図9F),SPEMと腸上皮化生の共存病変(図9、G−H)、および腸上皮化生(図9I)を含めてすべての化生病変で陽性であることが示された。ヒトの胃の化生におけるHE4の強い発現が与えられるならば、ヒトの胃腺がんにおけるHE4の発現も同じく検査した。胃がんの一般的な欠損を示すTFF2と異なって、よくないしは中程度に分化した腸型の胃腺がんの70%でHE4の持久的な発現が観察された(図10、A−D)、びまん性腫瘍または低分化腫瘍の20%も、HE4染色を示した(図10、E−F)。HE4染色は、印環細胞型腺がんの80%でとくに強かった(図10、G−I)。免疫蛍光染色でも同様な結果が観察され、HE4について組織化学的染色の結果が支持された(図10、J−L)。これらの結果は、HE4が、胃の前がんおよび新生組織形成の過程に対する耐久性のあるバイオマーカーであることを示している。
実施例の検討
壁細胞の欠損すなわち酸分泌領域の萎縮は、ヒトの胃がんと確実に相関している。上の実施例で示された結果は、ガストリン欠乏マウスの壁細胞の欠損が、胃底部の主細胞の粘液分泌SPEM系統への分化転換を招くことを暗示している。この分化転換の過程にともなって、G1/S期の遷移に関係する遺伝子の発現が増加し、それが細胞の個体群の細胞周期への再参入を招くことが観察された。この分化転換の過程は、正常な胃の粘膜には通常存在しない多数の推定される可溶性調節因子の発現増加にも関連していた。とくに、HE4は、マウスとヒト双方の胃の化生で発現が増加し、その発現は、胃腺がんでも維持された。したがって、マウスにおける分化転換の過程を検査したことによって、ヒトにおける腫瘍形成の過程に関連する多数のきわめて重要な調節因子が明らかにされた。
胃の粘膜の観察は、もっぱら胃底腺の頚部における正常な前駆細胞帯からの系統生成に集中しておこなわれていたが、本発明における調査は、壁細胞の欠損につづいて誘発された胃底腺の基部で増殖性の潜在的区室に注意を集中した(Nomura S,Yamaguchi H,Wang TC,Lee JR,Goldenring JR.Alaterations in gastric mucosal lineages induced by acute oxyntic atrophy in wild type and gastrin deficient mice(野生型でガストリン欠乏マウスにおける急性酸分泌領域の萎縮によって誘発した胃粘膜系統の変容).Amer.J.Physiol.(2004))。特定の理論に束縛されたくないが、この観察には二つの説明がある。第一に、頚部における正常な前駆細胞領域とは別に、胃底腺の基部に隠れた前駆細胞の個体群が存在するかもしれず、これは、壁細胞が放出する粘膜分化因子によって抑制されるものと思われる。あるいは別法として、主細胞の分化転換からSPEMが発生するのかもしれない。これまでの研究は、急性酸分泌領域萎縮からマウスの分化主細胞のバイオマーカーであるMist1および内因子を発現する増殖性細胞が観察されるようになることを示している(Nomura S,Yamaguchi H,Wang TC,Lee JR,Goldenring JR.Alaterations in gastric mucosal lineages induced by acute oxyntic atrophy in wild type and gastrin deficient mice(野生型でガストリン欠乏マウスにおける急性酸分泌領域の萎縮によって誘発した胃粘膜系統の変容).Amer.J.Physiol.2004)(Nam KT,Varro A,Coffey RF,Goldenring JR.Pontentiation of oxyntic atrophy−induced gastric metaplasia in amphireguline−deficient mice(アンフィレグリン欠乏マウスの酸分泌領域の萎縮によって誘発された胃化生の増強).Gastroenterology(2007);132:1804−19).内因子は珍しい前チモゲン細胞で発現されるが、Mist1は成熟主細胞でのみ発現される(Ramsey VG, Doherty JM, Chen CC, Stappenbeck TS, Konieczny SF, Mills JC. 粘液分泌胃上皮前駆細胞の消化酵素分泌チモゲン細胞への成熟にはMist1を必要とする。Development (2007); 134:211〜22)。本発明におけるTFF2を発現するMist1免疫反応性細胞の観察は、主細胞の分化転換がSPEM発生の起源であることを支持するものである。しかし、これらの所見は、また、両仮説と両立するモデルを支持するものかもしれない。G1/S遷移中のDNAをほどくのに必要であるMCM3は、胃腺頚部の正常な前駆細胞のみならず、胃底腺の基部の内因子―免疫反応性主細胞の小さい個体群の中でも発現した。したがって、主細胞の亜個体群、実際には隠れた(cryptic)前駆細胞の個体群が、分化転換の可能性をもっているのかもしれない。さらに、DMP−777の処置後のガストリン欠乏マウスにおける胃腺基部でのSPEMの急速な出現は、わずか1日または3日の処置後に観察されたSPEMの量を説明するためにはより幅広い分化転換の過程が必要とされることを暗示している。
顕微切開で得られたSPEM細胞の遺伝子マイクロアレーの研究も、主細胞の分化転換に関する一つの分子表現型を支持するものである。G1/S細胞周期の遷移の開始に関係する遺伝子転写物のコホートのDMP−777の一回のみの投与後に急速な発現増加が観察されている。MCMタンパク質(MCM2−7)は、M/G1で転写され、集まって、DNA合成に先立ってクロマチンをほどく機能をもつDNAへリカーゼとなる(Braun KA,Breeden LL.Nascent transcription of MCM2−7 is important for nuclear localization of the minichromosome maintenance complex in G1.(MCM2−7の転写初期は、G1におけるミニ染色体維持複合体の核局在化にとって重要である)Mol Biol Cell (2007);18:1447−56)。MCM3は、G2/Mにおいて特異的に偏在化され、細胞が有糸分裂を終了すると劣化する。さらに、MCMタンパク質は、DMP−777処置したマウスの胃底腺の基部におけるSPEM内で幅広く発現増加したが、増殖周期に参入する細胞の亜集合もただ一つではあるが観察された。したがって、いくつかの細胞は、細胞周期に再参入するが、G1/S遷移に関与する多数のタンパク質の発現増加の観察も、もう一つの仮説と合致している。分化転換には、必ずしも増殖周期に進むことなく、細胞で発現した一連の転写物の大きな変更を必要とするであろう。そのような転写物の変化には、G1/S細胞周期の界面における場合のようにDNAをほどくことが必要となろう。したがって、DNAリモデリングに関与するタンパク質の発現増加は、分化転換の過程を増殖の活性化より大きく反映しているかもしれない。DMP−777で処置したマウスにおけるMCM3の持久的な発現は、細胞周期の限られた進行と共に分化転換中に一連の転写物の変更のコンセプトを支持するものである。
本明細書で示された所見は、さらに、分化転換が、粘液細胞化生に対して特異的な遺伝子転写物の発現増加を招くことを暗示している。チモゲン細胞の粘液化生への分化転換は、上部消化管における前がん遷移の基礎となる一般的なメカニズムかもしれない。Means等は、TGFαの過発現が、すい臓チモゲン細胞の粘液分泌化生細胞への分化転換を招くことを証明した(Means AL,Meszoely IM,Suzuki K,Miyamoto Y,Rustgi AK,Coffey RJ,Jr.,Wright CV,Stoffers DA,Lead SD.Pancreatic epithelial plasticity mediated by acinar cell transdifferentiation and generation of nestin−positive intermdiates(腺房細胞の分化転換およびネスチン陽性介在物の生成によって仲介されるすい臓上皮の塑性).Development (2005);132:3767−76)。腺房細胞の分化転換は、すい臓における前がんPANIN病変に寄与する(Zhu L,Shi G, Schmidt CM,Hruban RH,Konieczny SF.Acinar cells contribute to the molecular heterogeneity of pancreatic intraephithelical neoplasia(腺房細胞は、すい臓上皮内腫瘍の分子異種接合性に寄与する).Am J Pathol (2007);171:263−73)。同様に、壁細胞の欠損は、胃のチモゲン分泌主細胞の分化転換を誘発するかもしれない。しかし、本発明における所見は、分化転換の過程にともなって、粘液細胞化生が、HE4,WDNM1,IL1RN,およびエピレグリンを含めて特異的分泌粘膜因子の発現を増加させることを暗示している。IL1RNは、多数の腫瘍過程に関係してきている(Machado JC,Pharoa P,Sousa S,Carvalho R,Oliveira C,Figueiredo C,Amorim A,SerucaR,Caldas C,Carneiro F,Sobrinho−Simoes M.Interleikin 1B and interleukin 1RN polymorphism are associated with increased risk of gastic carcinoma(インターロイキン1Bおよびインターロイキン1RNの多型性は、胃がんの危険性の増大と関連している).Gastroenterology (2001);121:823−9)。HE4は、卵巣がんの発生から早期に発現が増加し、卵巣腫瘍のバイオマーカーとして役立つかもしれない(Drapkin R,von Horsten HH,Lin Y,Mok SC,Crum CP,Welch WR,Hecht JL.Human epididymis protein 4(HE4)is a secreted glycoprotein that is overexpressed by serous and endometrioid ovarian carinomas, but has not previously been reported in upper GI cancers(ヒトの精巣上体タンパク質4(HE4)は、漿液および卵巣類内膜がんによって過発現する分泌性糖タンパク質であるが、これまで上部消化器がんでは報告されていない。).Cancer Res (2005);65:2162−9)。HE4は、正常なヒトの胃粘膜では発現しない。おどろくべきことに、本発明のデータは、腸上皮化生およびSPEMの両方でHE4発現の顕著な発現増加を証明している。重要なことは、HE4の発現が、大多数の分化した胃腺がんで維持されることである。したがって、本発明の実施例は、SPEMを生成するための分化転換の過程で発現が増加した因子が、胃の前がんおよび腫瘍の代理バイオマーカーとして役立つかもしれないことを示している。
本発明のデータは、また、PANIN病変および腎臓腺がんにおけるHE4の発現増加を証明している(図11)。HE4は、正常なすい臓外分泌部では検出されなかった。しかし、PANIN病変およびすい臓腺がんの双方においてHE4の強い染色が観察された(図11)。
要するに、従来の見解は胃の上皮化生が正常な粘膜前駆細胞から生じることを暗示しているが、本発明の実施例は、胃底部粘膜から壁細胞の欠損が生じることが、主細胞の転写分布の変容を誘発し、それが、細胞分泌表現型および分化転換の変化を招いて粘液細胞の化生にいたることを示している。これらの変化にともなって、HE4などの特定の可溶性調節因子および本明細書で開示されている他のバイオマーカー(表1)が、化生の中で発現増加するものであり、これらのバイオマーカーは、化生および前がんの過程に対して特徴的な推定的バイオマーカーを代表するものである。
本発明のさまざまな詳細部分は、本発明の範囲から逸脱することなく変更し得るものであることは理解されよう。さらに、上の記述は、本発明を例示するためのみのものであり、本発明を限定するためのものではない。

Claims (25)

  1. 対象者の上部消化器がんを診断するための方法において、
    (a)対象者から生体試料を提供すること、
    (b)試料中の、HE4,LGALS3、IL1RN、TRIP13、FIGNL1、CRIP1、S100A4、EXOSC8、EXPI、BRRN1、NELF、EREG、TMEM40、およびTMEM109からなるグループから選ばれる少なくとも一つのバイオマーカーの量を判定すること、および
    (c)試料中の少なくとも一つのバイオマーカーの量が存在する場合には、試料中の少なくとも一つのバイオマーカーの量を少なくとも一つのバイオマーカーの対照基準値と対比することを包含し、
    対照基準値と比較して、試料中の少なくとも一つのバイオマーカーの量に測定可能な差異がある場合には、対象者が上部消化器がんを有するものと診断する、上部消化器がんの診断方法。
  2. 上部消化器がんは、胃がん、すい臓がん、および食道がんからなるグループから選ばれるがんである請求項1に記載の方法。
  3. 生体試料は、血液、血清、血漿、胃分泌物、上部消化器生検試料、上部消化器生検試料からの顕微切開した細胞、上部消化器内腔内に落ち込んだ上部消化器細胞、および、便から回収された上部消化器細胞よりなる請求項1に記載の方法。
  4. 少なくとも一つのバイオマーカーはHE4である請求項1に記載の方法。
  5. さらに、試料中のTFF2バイオマーカーの量を判定することからなる請求項1に記載の方法。
  6. 少なくとも一つのバイオマーカーの量を判定することは、
    (a)RNA測定法を用いて、生体試料中の少なくとも一つのバイオマーカーのmRNAの量を判定すること、および、
    (b)タンパク質測定法を用いて、生体試料中の少なくとも一つのバイオマーカーのポリペプチドの量を判定すること、
    から選んだ一つ又はそれ以上の技術よりなる、請求項1に記載の方法。
  7. RNA測定法は、RNAハイブリッド形成用プローブ・アレーまたは定量的ポリメラーゼ連鎖反応測定法よりなる請求項6に記載の方法。
  8. タンパク質測定法は、質量分析法(MS)または免疫検定分析法、あるいはその両方よりなる請求項6に記載の方法。
  9. 免疫検定分析法は、少なくとも一つのバイオマーカーを選択的に結合する一以上の抗体よりなる請求項8に記載の方法。
  10. さらに、少なくとも一つのバイオマーカーの判定された量にもとづいて、上部消化器がんのための処置を選択するかまたは処置を変更することからなる請求項1に記載の方法。
  11. 対象者の上部消化器(GI)がんの予防処置または処置を開始または継続することを判定する方法において、
    (a)対象者からある期間にわたって一連の生体試料を提供すること、
    (b)一連の生体試料を分析して、該試料の各々の中の、HE4,LGALS3、IL1RN、TRIP13、FIGNL1、CRIP1、S100A4、EXOSC8、EXPI、BRRN1、NELF、EREG、TMEM40、およびTMEM109からなるグループから選ばれる少なくとも一つのバイオマーカーの量を判定すること、および
    (c)生体試料の各々の中の少なくとも一つバイオマーカーの量に何らかの測定可能な変化があるか否かを判定し、それによって、上部消化器(GI)がんの予防処置または処置を開始または継続すべきか否かを判定すること、
    からなる、上部消化器がんの予防又は処置を開始又は続行するかの判定方法。
  12. 上部消化器がんは、胃がん、すい臓がん、および食道がんからなるグループから選ばれるがんである請求項11に記載の方法。
  13. 生体試料は、血液、血清、血漿、胃分泌物、上部消化器生検試料、上部消化器生検試料からの顕微切開した細胞、上部消化器内腔内に落ち込んだ上部消化器細胞、および、便から回収された上部消化器細胞からなる請求項11に記載の方法。
  14. 少なくとも一つのバイオマーカーはHE4である請求項11に記載の方法。
  15. さらに、一連の生体試料を分析して試料の各々中のTFF2バイオマーカーの量を判定することからなる方法請求項11に記載の方法。
  16. 一連の生体試料は、上部消化器がんのための予防処置または処置の開始に先立って回収された第一の生体試料及び該予防処置または処置の開始後に回収された第二の生体試料からなる請求項11に記載の方法。
  17. 一連の生体試料を分析して該試料の各々の中の少なくとも一つのバイオマーカーの量を判定することは、
    (a)RNA測定法を用いて、生体試料の各々の中の少なくとも一つのバイオマーカーのmRNAの量を判定すること、および、
    (b)タンパク質測定法を用いて、生体試料の各々の中の少なくとも一つのバイオマーカーのポリペプチドの量を判定すること、
    から選んだ一つ又はそれ以上の技術からなる請求項11に記載の方法。
  18. RNA測定法は、RNAハイブリッド形成用プローブ・アレーまたは定量的ポリメラーゼ連鎖反応測定法からなる請求項17に記載の方法。
  19. タンパク質測定法は、質量分析法(MS)または免疫検定分析法、あるいはその両方からなる請求項17に記載の方法。
  20. 免疫検定分析法は、少なくとも一つのバイオマーカーを選択的に結合する一以上の抗体からなる請求項19に記載の方法。
  21. 対象者の上部消化器(GI)がんを診断するためのキットであって、HE4,LGALS3、IL1RN、TRIP13、FIGNL1、CRIP1、S100A4、EXOSC8、EXPI、BRRN1、NELF、EREG、TMEM40、およびTMEM109から選ばれた一以上のバイオマーカーの各々を選択的に結合するためのプローブを包含してなる診断用キット。
  22. プローブは、基質に結合されている請求項21に記載のキット。
  23. プローブは標識化され、プローブと一以上のバイオマーカーとの結合を検出することができる請求項21に記載のキット。
  24. プローブは、RNAハイブリッド形成プローブである請求項21に記載のキット。
  25. プローブは、抗体である請求項21に記載のキット。
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