JP2013526271A - Methylation marker selection method - Google Patents
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Abstract
非定型成長条件を特定するための、また、注目する細胞の属性またはソースを特定するためのDNA遺伝子座群を特定する方法に関する。当該方法は、異なる由来および/または遺伝子型の細胞において複数の非定型成長条件を特定するDNA遺伝子座の複数の群を特定することを含むことができる。また、DNA遺伝子座群とその使用も提供される。 The present invention relates to a method for identifying a group of DNA loci for identifying an atypical growth condition and for identifying an attribute or source of a cell of interest. The method can include identifying multiple groups of DNA loci that specify multiple atypical growth conditions in cells of different origin and / or genotype. Also provided are DNA locus groups and uses thereof.
Description
本発明は2010年5月12日に出願された英国特許出願番号1007944.0の優先権を主張する。英国特許出願番号1007944.0の内容は、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。 The present invention claims priority from UK patent application number 1007944.0 filed on May 12, 2010. The contents of UK Patent Application No. 1007944.0 are hereby incorporated by reference in their entirety.
本発明は、生体サンプルが受けてきた曝露の診断および特性明瞭化のための、生物のゲノムDNA内に位置する標的DNA配列群をコンパイルし使用するための方法に関し、および/または組織(または複数の組織)または細胞(または複数の細胞)の属性または由来に関する。 The present invention relates to a method for compiling and using target DNA sequences located within an organism's genomic DNA for the diagnosis and characterization of exposures received by a biological sample and / or tissue (or plurality). Of tissue) or cells (or cells).
生体サンプル(個々の細胞から複合的な多細胞真核植物および動物まで)はすべて、細胞過程に影響を与える環境要因に継続的に晒されている。これら環境要因は、物理的曝露、化学的曝露、生物的(例えば病害虫)曝露、ウイルスへの曝露、や放射能への曝露など、多数の様々な曝露の形態をとり得る。これら曝露が生物組織の効率的な機能性を減少させる時、それら曝露はストレスと呼ばれる。 All biological samples (from individual cells to complex multicellular eukaryotic plants and animals) are continuously exposed to environmental factors that affect cellular processes. These environmental factors can take many different forms of exposure, including physical exposure, chemical exposure, biological (eg, pest) exposure, exposure to viruses, and exposure to radioactivity. When these exposures reduce the efficient functionality of biological tissues, they are called stress.
広義において、ストレスとは、生物学的組織または個体の効率的な機能性のために最適な生物および非生物条件からのなんらかの乖離と定義できる。 In a broad sense, stress can be defined as any deviation from biological and abiotic conditions that are optimal for the efficient functionality of a biological tissue or individual.
したがって、本発明の文脈で使用される意味でのストレス(または複数のストレス)には、非生物ストレスと、生物および発生ストレス(例えば、病原体媒介疾病や、癌や加齢などの内因性「システムブレークダウン」疾病などに晒されることなどであるが、これらに限定されるわけではない)とがある。 Thus, stress (or stresses) in the sense used in the context of the present invention includes abiotic stress and biological and developmental stress (eg, endogenous “systems such as pathogen-mediated diseases, cancer and aging”). Such as, but not limited to, exposure to “breakdown” diseases).
たとえば、何名かの著者は、植物に影響を与える非生物ストレスを多数列挙し、これらストレスにさらされることにより植物中に誘発される物理的な応答を記載してきた。(例えば、Orcutt and Nilsen 2000);Padmanabh 2005)。同様に、Bijlsma and Loeschcke(1997)が編集した著作では、広範囲の環境的ストレスが記載され、それらの進化過程への影響が調査されている。Goh et al.(2007)は、多大なヒト疾病ストレス群を列挙し、遺伝子発現へのそれらの効力について報告している。ヒト、マウス、およびシロイヌナズナなどのいくつかの動植物の種におけるストレスの広範なリストが、Hruz et al. (2008)によってGenevestigatorというウェブサイト(https://www.genevestigator.com)で提供されている For example, several authors have listed a number of abiotic stresses that affect plants and have described the physical responses elicited in plants by exposure to these stresses. (For example, Orcutt and Nilsen 2000); Padmanabh 2005). Similarly, a book edited by Bijlsma and Loeschcke (1997) describes a wide range of environmental stresses and investigates their impact on evolutionary processes. Goh et al. (2007) lists a number of human disease stress groups and reports on their efficacy on gene expression. An extensive list of stresses in several animal and plant species such as humans, mice, and Arabidopsis is provided by Hruz et al. (2008) on the Genevestigator website (https://www.genevestigator.com)
非生物ストレスの例としては、熱、浸透圧、身体外傷、栄養不足、化学的に誘発されたストレス、および生理学的ストレス、たとえば、有害物質、予防薬、肥料、治療薬剤、または娯楽のための麻薬などがあるが、これらに限定されるわけではない。 Examples of abiotic stress include heat, osmotic pressure, physical trauma, nutritional deficiencies, chemically induced stress, and physiological stress, such as harmful substances, preventive drugs, fertilizers, therapeutic drugs, or entertainment There are drugs, but it is not limited to these.
生物および発生ストレスの例としては、病原体媒介疾病、寄生生物による侵食、癌などの内因性「システムブレークダウン」疾病などがあるが、これらに限定されるわけではない。 Examples of organisms and developmental stress include, but are not limited to, pathogen-mediated diseases, erosion by parasites, endogenous “system breakdown” diseases such as cancer.
また、標準的なストレスが生物に健康やその他の利益を提供するという例、すなわち、肯定的ストレスもある。肯定的ストレスの多数の例の中には、高山植物の群生中で、個々が近接していると、植物対植物の競争ストレスに通常付随する損失よりもむしろ、それ以上の適合の恩恵をもたらすことを示したCallaway et al. (2002)による研究がある。Dhabhar and McEwen(1998)は、短期間の抑制剤が、ヒトの皮膚の遅延型過敏症を著しく改善することを示し、ストレスによって誘発される白血球の皮膚への輸送が、研究で観察された免疫改善の仲立ちとなると主張した。Poss and Tonegawa(1997)は、マウスのヘムオキシゲナーゼ1(Hmox1)、すなわち、ストレスを与えられた哺乳類の細胞中で古典的に上方制御される遺伝子の、制御および活性を研究した。彼らは、この遺伝子の上方制御が酸化ストレスに対する細胞の保護を提供し、したがってストレス曝露からの肯定的な恩恵を供与していることの証拠を提供した。 There are also examples where standard stress provides health and other benefits to an organism, ie positive stress. Among the many examples of positive stress, in the alpine plant community, close proximity brings the benefits of further adaptation rather than the losses normally associated with plant-to-plant competitive stress There is a study by Callaway et al. (2002) that showed this. Dhabhar and McEwen (1998) show that short-term inhibitors significantly improve delayed type hypersensitivity in human skin, and stress-induced leukocyte transport into the skin has been observed in the study He argued that it would be an intermediate for improvement. Poss and Tonegawa (1997) studied the regulation and activity of mouse heme oxygenase 1 (Hmox1), a gene that is classically up-regulated in stressed mammalian cells. They provided evidence that up-regulation of this gene provided cellular protection against oxidative stress and therefore provided a positive benefit from stress exposure.
なんらかの生物システムの最適な性能に影響を与える多数のパラメータと、ほぼ全ての生物が存在する環境の本来可変な性質とを考えると、各生物の各々がその生存期間中に様々な形態のストレスに遭遇することは避けようがない。 Given the numerous parameters that affect the optimal performance of any biological system and the inherently variable nature of the environment in which almost all living organisms exist, each organism is exposed to various forms of stress during its lifetime. There is no way to avoid it.
個々の生物は、忍耐(乗り切ることができる準最適なストレスに対して)および/または回避(耐えられないストレス全てに対して、また、動作効率を減少させるストレスの多くに対して)の組み合わせによって、ストレスの効力に対して適合できる。 Individual organisms are a combination of patience (for sub-optimal stress that can be overcome) and / or avoidance (for all unacceptable stresses and for many of the stresses that reduce operational efficiency) Can adapt to stress efficacy.
生物が、回避できないストレスに遭遇する時、そのストレスを克服するためのメカニズムには生物学的適応が含まれ、これは通常、システムの重複を有効利用し、かつ新たな条件下でよりよく機能する経路を採用/強化する代謝経路への変更と、一般的には考えられる(Madlung et al., 2004)。かかる変更は、上流制御領域と遺伝子自身との両方における差次的シトシンメチル化を介した遺伝子の転写制御の調節を含む多数の方法で達成できる(例えば、Aceituno et al., 2008)。 When organisms encounter unavoidable stresses, mechanisms to overcome those stresses include biological adaptations, which typically take advantage of system duplication and function better under new conditions. It is generally considered to be a change to a metabolic pathway that adopts / enhances the pathway (Madlung et al., 2004). Such alterations can be achieved in a number of ways, including the regulation of gene transcriptional control through differential cytosine methylation in both the upstream regulatory region and the gene itself (eg Aceituno et al., 2008).
所与のストレスから起こる生理学的変異化は、当初の受容体遺伝子または複数のかかる遺伝子(ストレスを検出するもの)に影響する制御に関する変更に限られず、受容体に対する変更の結果として変更されたその他の遺伝子のカスケード(ストレス応答遺伝子および応答遺伝子経路)をも含む。 Physiological mutations that occur from a given stress are not limited to changes that affect the original receptor gene or multiple such genes (those that detect stress), but others that have been changed as a result of changes to the receptor A cascade of genes (stress response genes and response gene pathways).
様々なストレスエリシターにより採用されたストレス応答遺伝子/経路にはかなりの重複性がある。たとえば、ジャスモン酸経路は、生物ストレスと非生物ストレスとの両方に対するシロイヌナズナの応答に関与する(この相互作用の考察についてはDevoto and Turner 2005ならびにWasternack 2007を参照)。 There is considerable redundancy in the stress response genes / pathways employed by various stress elicitors. For example, the jasmonate pathway is involved in Arabidopsis responses to both biological and abiotic stress (see Devoto and Turner 2005 and Westernack 2007 for a discussion of this interaction).
DNAメチル化は、植物、哺乳類、鳥類、線形動物などの無脊椎動物を含む多数の真核生物群に広く見られる(Finnegan et al., 1998; Suzuki S et al., 2007; Gupta S, et al., 2006; delGaudio R, et al., 1997)。植物中では、DNAメチル化は、遺伝子サイレンシング、たとえばシロイヌナズナの遺伝子SUP、PAI、およびAGの高メチル化対立遺伝子における遺伝子サイレンシング(Jacobson and Meyerowitz, 1997, malequist et al., 1999, Jacobson et al., 2000)や、リナリアのLCYCにおける遺伝子サイレンシング(Cubas et al., 1999)などと関連付けられてきた。しかし、シロイヌナズナの対立遺伝子AP3およびFWAの低メチル化は、異所発現を呈した(Kinoshita et al., 2004)。植物の発生と細胞型の制御におけるDNAメチル化の役目について示す報告がいくつかある(Finnegan et al., 2000)。 DNA methylation is widely found in many eukaryotic populations including invertebrates such as plants, mammals, birds and linear animals (Finnegan et al., 1998; Suzuki S et al., 2007; Gupta S, et al., 2006; delGaudio R, et al., 1997). In plants, DNA methylation is gene silencing, such as gene silencing in the hypermethylated alleles of Arabidopsis genes SUP, PAI, and AG (Jacobson and Meyerowitz, 1997, malequist et al., 1999, Jacobson et al. , 2000) and gene silencing in linaria LCYC (Cubas et al., 1999). However, hypomethylation of Arabidopsis alleles AP3 and FWA exhibited ectopic expression (Kinoshita et al., 2004). There are several reports that show the role of DNA methylation in plant development and cell type control (Finnegan et al., 2000).
DNAメチル化もまた、ヒトなどの哺乳類の遺伝子発現のエピジェネティックな調整において役割を果たすことも知られ、なんらかの組織型と関連付けることができる。注目する特定の遺伝子DNA標的領域のメチル化の度合いを判定することは、研究分野において有用である。 DNA methylation is also known to play a role in epigenetic regulation of gene expression in mammals such as humans and can be associated with some tissue type. Determining the degree of methylation of a particular gene DNA target region of interest is useful in the research field.
ヒトやその他の哺乳類において、メチルシトシンは主にシトシン・グアニン(CpG)ジヌクレオチド中に見られる。ゲノムDNAメチル化は遺伝子制御に重要な役割を果たす。癌など、ヒトの悪性腫瘍中で観察される最も初期でかつ一般的な遺伝子変化には、いわゆるCpGアイランド、特に遺伝子の5’制御領域中に位置するCpGアイランドの、非定型的メチル化があり、これはかかる遺伝子の発現を変化させる。 In humans and other mammals, methylcytosine is found primarily in cytosine guanine (CpG) dinucleotides. Genomic DNA methylation plays an important role in gene regulation. The earliest and common genetic alterations observed in human malignancies, such as cancer, include atypical methylation of so-called CpG islands, particularly CpG islands located in the 5 'regulatory region of genes. This changes the expression of such genes.
DNAメチル化と遺伝子制御との関連付けから、発生の進行の特定の状態、細胞、組織または臓器の同定、疾病やその他の形態のストレスの発現またはそれへの曝露を診断するための診断ツールとして、ゲノム中の特定部位におけるDNAメチル化の存在および程度を使用することに、研究の関心が向けられることが多くなった。 From the association of DNA methylation and gene regulation, as a diagnostic tool for diagnosing the specific state of developmental progression, the identification of cells, tissues or organs, the development of disease or other forms of stress, or exposure to it, Increasing research interest has focused on using the presence and extent of DNA methylation at specific sites in the genome.
ストレス応答経路自体は、メンテナンスまたはハウスキーピング経路中で作用する遺伝子および関連する制御領域のメチル化に影響を与える。多くの様々なストレスが同じストレス応答遺伝子を活性化させうるので、これら遺伝子のいずれかの発現に関連するメチル化変化があるからといって、その活性化を引き起こしたストレスそのものを、個別的に診断づけるわけではない。この文脈から考えると、応答(メチル化または脱メチル化の誘発)に対して、原因(個々のストレス)を直接割り当てる際に、かかる部位はあまり重要ではない。なぜなら、DNAメチル化の同じ変化が、いくつかの異なるストレスによって引き起こされうるからである。こういうわけで、疾病やその他の形態のストレスを診断するためにDNAメチル化を利用するという試みで中心になっているのは、新たな部位を各疾病またはストレスについて集め、特定の疾病またはストレスを、個別的に、またはまとめて診断づける部位を新たに探し出すことである。 The stress response pathway itself affects the methylation of genes and related regulatory regions that act in maintenance or housekeeping pathways. Since many different stresses can activate the same stress response gene, just because there is a methylation change associated with the expression of any of these genes, the stress itself that caused the activation is individually It is not a diagnosis. In this context, such sites are less important when assigning causes (individual stress) directly to responses (inducing methylation or demethylation). This is because the same change in DNA methylation can be caused by several different stresses. For this reason, the focus of attempts to use DNA methylation to diagnose diseases and other forms of stress is to gather new sites for each disease or stress and to identify specific diseases or stresses. It is to find a new site to be diagnosed individually or collectively.
遺伝子または関連する制御領域内の単一または多数の部位のDNAメチル化と、特定のヒトの疾病との間の関連を確定した研究例は数々ある。その中には、白血病;頭頸部癌;ホジキン病;胃癌;前立腺癌;腎癌;膀胱癌;乳癌;バーキットリンパ腫;ウィルムス腫瘍;プラダー・ウィリー/アンジェルマン症候群;ICF症候群;皮膚線維腫;高血圧;小児神経生物学;自閉症;潰瘍性大腸炎;脆弱性X症候群;およびハンチントン病などがある。たとえば、下記を参照されたい。
白血病 Aoki E et al. (2000); Nosaka K. et al. (2000); Asimakopoulos F A et al.(1999) ; Fajkusova L et al. (2000); Litz CE et al. (1992)
頭部癌、頸部癌 Sanchez-Cespedes M et al (2000)
ホジキン病 Garcia JF et al. (1999)
胃癌 Yanagisawi Y et al. (2000)
前立腺癌 Rennie PS et al. (1998-99)
腎癌 Clifford SC et al. (1998)
膀胱癌 Sardi I et al. (1998)
乳癌 Mancini DN et al. (1998); Zrihan-Licht S et al. (1995); Kass DH et al.(1993)
バーキットリンパ腫 Tao Q et al. (1998)
ウィルムス腫瘍 Kleymenova EV et al. (1998)
プラダー・ウィリー/アンジェルマン症候群 Zeschnigh et al. (1997); Faang P et al. (1999)
ICF症候群 Tuck-Muller et al. (2000)
皮膚線維腫 Chen TC et al. (2000)
高血圧 Lee SD et al. (1998)
小児神経生物学 Campos-Castello J et al. (1999)
自閉症 Klauck SM et al. (1997)
潰瘍性大腸炎 Gloria L et al. (1996)
脆弱性X症候群 Hornstra IK et al. (1993)
ハンチントン病 Ferluga J et al. (1989)
There are numerous studies that have established an association between DNA methylation of a single or multiple sites within a gene or related control region and a particular human disease. Among them, leukemia; head and neck cancer; Hodgkin's disease; stomach cancer; prostate cancer; kidney cancer; bladder cancer; breast cancer; Burkitt's lymphoma; Wilms tumor; Prader-Willi / Angelman syndrome; ICF syndrome; Pediatric neurobiology; autism; ulcerative colitis; fragile X syndrome; and Huntington's disease. For example, see below.
Leukemia Aoki E et al. (2000); Nosaka K. et al. (2000); Asimakopoulos FA et al. (1999); Fajkusova L et al. (2000); Litz CE et al. (1992)
Head and neck cancer Sanchez-Cespedes M et al (2000)
Hodgkin's disease Garcia JF et al. (1999)
Gastric cancer Yanagisawi Y et al. (2000)
Prostate cancer Rennie PS et al. (1998-99)
Renal cancer Clifford SC et al. (1998)
Bladder cancer Sardi I et al. (1998)
Breast cancer Mancini DN et al. (1998); Zrihan-Licht S et al. (1995); Kass DH et al. (1993)
Burkitt lymphoma Tao Q et al. (1998)
Wilms tumor Kleymenova EV et al. (1998)
Prader Willie / Angelman syndrome Zeschnigh et al. (1997); Faang P et al. (1999)
ICF syndrome Tuck-Muller et al. (2000)
Dermatofibroma Chen TC et al. (2000)
Hypertension Lee SD et al. (1998)
Pediatric neurobiology Campos-Castello J et al. (1999)
Autism Klauck SM et al. (1997)
Ulcerative colitis Gloria L et al. (1996)
Vulnerable syndrome X Hornstra IK et al. (1993)
Huntington's disease Ferluga J et al. (1989)
特定部位のメチル化は、また、その他の(非ヒトの)高等生物のゲノム中で、特定のストレスや疾病に関連しているものとして認められてきた。その例には以下のものが含まれる。 Site-specific methylation has also been recognized in the genomes of other (non-human) higher organisms as being associated with specific stresses and diseases. Examples include the following:
タバコ植物(Nicotiana tabacum)では、I型メチルトランスフェラーゼNtMET1のサイレンシングにより、ゲノム中のメチル化が減少する。Wada et al., (2004)は、約30個の遺伝子が上方制御され、その半分以上が生物または非生物ストレスへの応答に直接関連していたことを示した。さらに、Choi et al., (2007)は、タバコ植物において、病原応答性遺伝子NtGPDLのメチル化パターンが、タバコモザイクウィルス(TMV)の人工接種の24時間以内に変化し、この変化が植物の過敏性反応(HR)と関連していることを示した。 In tobacco plants (Nicotiana tabacum), silencing the type I methyltransferase NtMET1 reduces methylation in the genome. Wada et al., (2004) showed that about 30 genes were up-regulated, more than half of which were directly associated with responses to biological or abiotic stress. In addition, Choi et al., (2007) showed that in tobacco plants, the methylation pattern of the pathogenic responsive gene NtGPDL changed within 24 hours of artificial inoculation with tobacco mosaic virus (TMV), and this change was associated with plant hypersensitivity. It was shown to be related to sexual reaction (HR).
トウモロコシ(Zea mays)において、低温ストレスは、メチルトランスフェラーゼ転写を減少させ、必然的にDNAメチル化も減少させるように見える(Stewart et al, (2000))。その後の研究(Stewart et al, (2002))において、同じグループがHPLC解析を使用して、低温ストレスがグローバルなメチル化における10%よりも大きい減少を引き起こすが、一見したところAc/Dsトランスポゾンに限定されている、ということを確認した。 In maize (Zea mays), low temperature stress appears to reduce methyltransferase transcription and necessarily DNA methylation (Stewart et al, (2000)). In a subsequent study (Stewart et al, (2002)), the same group used HPLC analysis, but low temperature stress caused a greater than 10% reduction in global methylation, but at first glance, the Ac / Ds transposon I confirmed that it was limited.
メチル化はまた、高濃度の重金属からのストレスに対する耐性にも関連付けられてきた。たとえば、Lee et al., (1998)は、メチルトランスフェラーゼの増大した活性(したがってより大きなメチル化)を示すハムスター細胞株が、重金属に対する良好な耐性を示したことを提示した。 Methylation has also been associated with resistance to stress from high concentrations of heavy metals. For example, Lee et al., (1998) presented that hamster cell lines that showed increased activity of methyltransferase (and thus greater methylation) showed good resistance to heavy metals.
広範囲な生物においてストレスと関連したメチル化された遺伝子座の考察については、Peng and Zhang (2009)、ならびにHruz et al, (2008)、また、Genevestigatorというウェブサイト(https://www.genevestigator.com)を参照されたい。 For a discussion of methylated loci associated with stress in a wide range of organisms, see Peng and Zhang (2009) and Hruz et al, (2008) and the Genevestigator website (https: //www.genevestigator. com).
従来技術において診断目的のDNAメチル化パターンを解明するために使用される方法が現在目指しているのは、個々の環境曝露、すなわち特定の疾病、発生過程の特定の状態、または特定のストレスの診断用の遺伝子座を特定し解明することである。WO2007/132166は、妊娠した女性において、胎児由来の遺伝子(RASSF1A, APC, CASP8, RARB, SCGB3A1, DAB21P, PTPN6, THY1, TMEFF2,およびPYCARDなど)が高メチル化され、その一方で母性由来の同じ遺伝子はメチル化されていないという発見について記載している。妊娠した女性からの生体サンプル中にこれらメチル化された胎児の遺伝子の一つ以上を検出することが、サンプル中の胎児のDNAの存在の万能指標としてどのように機能するかについて、前記研究が述べている。非侵襲性の解析プロセスでは胎児DNAの質および量が監視されるが、その陽性対照としてこれら胎児メチル化マーカーが特に有用であると記載されている。 The methods used in the prior art to elucidate DNA methylation patterns for diagnostic purposes are currently aimed at diagnosing individual environmental exposures, ie specific diseases, specific conditions of development, or specific stresses To identify and elucidate genetic loci. WO2007 / 132166 shows that fetal genes (RASSF1A, APC, CASP8, RARB, SCGB3A1, DAB21P, PTPN6, THY1, TMEFF2, and PYCARD, etc.) are hypermethylated in pregnant women, while maternally derived It describes the discovery that the gene is not methylated. The study described how detecting one or more of these methylated fetal genes in a biological sample from a pregnant woman serves as a universal indicator of the presence of fetal DNA in the sample. Says. Non-invasive analytical processes monitor fetal DNA quality and quantity, and these fetal methylation markers have been described as being particularly useful as positive controls.
US2006-0183128(WO2005/019477としても公開されている)は、組織を区別するためのエピジェネティックマーカーを特定するゲノムワイドのエピジェネティックマップを記載している。このアプローチは、メチル化可変CpG位置(MVP)とゲノムDNAサンプル型間の相関関係を含む。前記エピジェネティックマップは、たとえばサンプル型の特定や、サンプル型間の識別など、幅広い有用性を有する。核酸配列の一つまたは一群のエピジェネティック特性の解析は、エピジェネティックマップの文脈において、核酸の由来を判定することのみを可能にし、環境曝露/ストレスのプロファイルの判定を可能にはしない。 US2006-0183128 (also published as WO2005 / 019477) describes a genome-wide epigenetic map that identifies epigenetic markers for distinguishing tissues. This approach involves a correlation between methylation variable CpG positions (MVP) and genomic DNA sample types. The epigenetic map has wide utility such as identification of sample types and identification between sample types. Analysis of the epigenetic properties of one or a group of nucleic acid sequences only allows the determination of the origin of the nucleic acid in the context of the epigenetic map, not the determination of the environmental exposure / stress profile.
US2007-0292866は、ヒトゲノムDNAのメチル化におけるグローバルな変化と、ヒトゲノムの特定の領域のメチル化における変化とを検出する方法に関する。前記方法は、疾病の診断、予後、および治療法の監視、ならびに、食事および/または栄養補助食品の結果であるメチル化の変化の検出、を可能にする。前記ストレスを別々に特定できるにすぎない。 US2007-0292866 relates to a method for detecting global changes in methylation of human genomic DNA and changes in methylation of specific regions of the human genome. The method allows for disease diagnosis, prognosis, and therapy monitoring, and detection of methylation changes that are the result of diet and / or dietary supplements. The stress can only be identified separately.
US2004-0029117は、薬物、化学物質および/または医薬組成物の生物学的作用および/または活性を判定するためのマーカーとして利用できる差次的にメチル化されたDNA遺伝子座の特定を可能にする、包括的発明を記載している。前記薬物、化学物質および/または医薬組成物を、それぞれについてのエピジェネティックマーカーを別々に使用して、個別的に調査できるにすぎない。 US2004-0029117 allows the identification of differentially methylated DNA loci that can be used as markers for determining the biological action and / or activity of drugs, chemicals and / or pharmaceutical compositions A comprehensive invention is described. The drug, chemical and / or pharmaceutical composition can only be investigated individually, using epigenetic markers for each separately.
したがって、今まで、特定のストレスを特定するためのDNAメチル化の使用は、個々のストレスを一回に一つ調査する際に使用されるマーカーに限られているかまたは、その他には原料物質(例えば、組織/器官/細胞型)を特定する、または生理学的状態を確定するためである。 Thus, so far, the use of DNA methylation to identify specific stresses has been limited to markers used in investigating individual stresses one at a time, or else source materials ( For example, to identify tissue / organ / cell type) or to establish a physiological state.
その結果、様々なストレスを研究する、特に、一つの解析で多数のストレスを検証する、より効率のよいシステムが必要とされている。理想的には、同一の解析が、原料物質や生理学的状態の区別もできるとよい。 As a result, there is a need for a more efficient system that studies a variety of stresses, and in particular, verifies multiple stresses in a single analysis. Ideally, the same analysis should be able to distinguish the source material and physiological state.
本発明は、個体、組織、器官または細胞が様々なストレスに曝露されていることを集団的に、かつ繰り返し、同定するために、および/または、サンプルが曝露されていたストレスの一般的な、または特定の性質を診断するために、および/または、生体サンプルの生理学的状態または由来(例えば、細胞型または器官)を診断するために使用できる、ゲノムDNA内のマーカー群の特定を可能にするシステムを提供する。 The present invention is used to collectively and repeatedly identify that an individual, tissue, organ or cell is exposed to various stresses and / or the general stress of which a sample has been exposed, Or allows the identification of markers in genomic DNA that can be used to diagnose specific properties and / or to diagnose the physiological state or origin (eg, cell type or organ) of a biological sample Provide a system.
本発明のマーカーDNA配列は、以下、(交換可能に)「DNA遺伝子座」、「センチネル」、「ストレスセンチネル」と称され、それらは生体サンプル(個々の生物、器官、組織または細胞を含む)が経験したストレス(または複数のストレス)を特定することができる。ストレスセンチネルはそれぞれ配列モチーフを含むが、前記配列モチーフは、たとえば生物があるストレスに曝露された後であって他のストレスに曝露されている時ではない時に;および/または、細胞がいくつかの細胞型に分化するが、他の方には分化しない場合;および/または、サンプルが採取された器官または組織に応じて;および/または細胞型、組織、器官、または個体の生理学的年齢または発生状態に応じて、そのDNAメチル化状態(通常はシトシン残基であるが、必ずしもそれらに限定されない)を変化させる。このように、DNAメチル化の総合的なパターンは、ストレスセンチネル群全体にわたって検討されると、以下の特定を可能にする:生体サンプルが一つ以上のストレスの下で作用しているかどうか;または一つ以上のストレスに曝露されてきたかどうか;および/またはサンプルの由来または原料物質の生理学的状態を診断するために使用できるかどうか。サンプルが曝露されてきたストレスは、既知のストレスであっても(すなわち、ストレスセンチネルによって既に特徴が明瞭化されている)、不明のストレスであっても(ストレスセンチネルによって特徴が明瞭化されていない)よい。サンプル(組織、器官、または細胞型)の生理学的状態または由来のソースは、標準的な基準サンプルとの比較によって、一般的に推察されるであろう(例えば、肝細胞からのDNAと関連したDNAメチル化プロファイルとの一致は、サンプルが肝臓サンプルからのものであることを意味する)。 The marker DNA sequences of the present invention are hereinafter referred to (in exchange) as “DNA loci”, “sentinels”, “stress sentinels”, which are biological samples (including individual organisms, organs, tissues or cells). Can identify the stress (or multiple stresses) experienced. Each stress sentinel contains a sequence motif, which is, for example, after an organism is exposed to one stress and not when it is exposed to another stress; If differentiated into a cell type but not the other; and / or depending on the organ or tissue from which the sample was taken; and / or the physiological age or occurrence of the cell type, tissue, organ, or individual Depending on the state, its DNA methylation state (usually but not necessarily limited to cytosine residues) is changed. Thus, the overall pattern of DNA methylation, when examined across the stress sentinel group, enables the following identification: whether the biological sample is acting under one or more stresses; or Whether it has been exposed to one or more stresses; and / or can be used to diagnose the origin of the sample or the physiological state of the source material. The stress to which the sample has been exposed, whether it is a known stress (ie already characterized by a stress sentinel) or an unknown stress (not characterized by a stress sentinel) ) Good. The source of the physiological state or origin of the sample (tissue, organ, or cell type) will generally be inferred by comparison with a standard reference sample (eg, associated with DNA from hepatocytes) A match with the DNA methylation profile means that the sample is from a liver sample).
ストレスセンチネルの重要な特性は、どのひとつのセンチネルも何らかの一つのストレス、原料物質、または生理学的状態を個別に診断付けはしないこと、および、センチネルは一つのストレス(または原料物質または生理学的状態)を使用して特定できるけれども、別のストレス(または原料物質または生理学的状態)に曝露されたサンプルに適用される時にもなお診断特性を保持しているということである。既存のシステムは、広範囲の比較対照状態に対して判断される標的状態の調査に基づいて、ストレス/組織/発生の状態を個別的に診断づけるメチル化マーカーを特定することを目指しているが、これに対して上述した特性は顕著な改善を提供する。既存のアプローチは、広範囲なサンプリングによって、以前に標的条件を診断づけると考えられていたのと同じメチル化状態を異なる状態/組織/細胞型が共有することが明らかになると、役に立たなくなりがちであるという弱点を有する。対照的に、センチネルマーカーはこの事態を包含し、幅広いサンプリングにより役に立たなくなる可能性が格段に低く、(既存のシステムと異なり)これまでに特徴が明瞭化されていなかった応答を違うものとして診断づけることができる。 An important characteristic of stress sentinels is that no single sentinel individually diagnoses any single stress, source material, or physiological state, and a sentinel is a single stress (or source material or physiological state) Although it can be identified using, it still retains diagnostic properties when applied to a sample exposed to another stress (or source material or physiological condition). While existing systems aim to identify methylation markers that individually diagnose stress / tissue / occurrence status based on target status studies determined against a wide range of control status, In contrast, the characteristics described above provide a significant improvement. Existing approaches tend to be useless when extensive sampling reveals that different states / tissues / cell types share the same methylation status previously thought to diagnose the target condition It has a weak point. In contrast, sentinel markers encompass this situation and are much less likely to be useless due to extensive sampling, diagnosing a response that was previously uncharacterized (unlike existing systems) as different. be able to.
センチネル自体は、コード領域、制御領域、またはイントロンに関連するDNAからのものであっても、そうでなくてもよく、遺伝子発現における既知の変化に関連していてもしていなくてもよい。さらに、センチネル部位は、その部位でのメチル化状態への変化がストレスの間で一貫し、かつ確実であれば、遺伝子発現に関連しない非コード領域に存在してもよい。 The sentinel itself may or may not be from the DNA associated with the coding region, regulatory region, or intron, and may or may not be associated with a known change in gene expression. Furthermore, the sentinel site may be present in a non-coding region that is not associated with gene expression if the change to methylation status at that site is consistent and reliable during stress.
本発明は、シロイヌナズナ(Arabidopsis)、マウス(Mus)、ヒトにおけるセンチネルDNAメチル化マーカー群(またはそれらが起こりうる証拠)を参照してこの特性を例示しているが、これらセンチネルDNAメチル化マーカー群は、一つのストレス群に応答する差次的メチル化(またはメチル化変化に感度が高いと知られている遺伝子の差次的発現に基づいた推定差次的メチル化)に基づいて選択され、マーカー選択過程において使用されていないストレス(または組織型)に曝露されたサンプルを特定できることが示されている。 The present invention exemplifies this property with reference to the sentinel DNA methylation marker groups in Arabidopsis, mice, and humans (or the evidence that they can occur), but these sentinel DNA methylation marker groups Are selected based on differential methylation in response to a stress group (or putative differential methylation based on differential expression of genes known to be sensitive to methylation changes) It has been shown that samples exposed to stress (or tissue type) that are not used in the marker selection process can be identified.
これらマーカーから生成される二成分プロファイルに基づいた関連またはクラスターを判定するための確立された方法を、新規のストレス(すなわち未訓練ストレス)が属する広義のストレスカテゴリーについて何らかの指針を提供するために使用することができる。それには、主座標分析、診断決定木、決定木などの多変量解析が含まれるが、これらに限定されるわけではない(たとえば、Analysing Ecological data (2007), Springer (NY) Ch 15 pp259-264, ISBN 978-0-387-45967-7参照)。 Use established methods for determining associations or clusters based on binary profiles generated from these markers to provide some guidance on the broader stress categories to which new stresses (ie untrained stresses) belong can do. This includes, but is not limited to, multivariate analysis such as principal coordinate analysis, diagnostic decision trees, decision trees (eg Analyzing Ecological data (2007), Springer (NY) Ch 15 pp259-264 , ISBN 978-0-387-45967-7).
さらには、センチネルマーカー群が記載されているが、これらセンチネルマーカーは、少なくとも78個の異なるストレス型を識別可能である発現パターン(したがって、メチル化状態)を有する、シロイヌナズナの、メチル化制御ストレス応答遺伝子の制御領域に由来する。このアプローチの感度がよいであろうことは、ストレスのいくつかが非常に軽微である(78個の調査された遺伝子のうち5個未満において変化を誘発した)という事実が示している。 Furthermore, a group of sentinel markers have been described, but these sentinel markers have an expression pattern (and hence methylation status) that can distinguish at least 78 different stress types, and the methylation-controlled stress response of Arabidopsis thaliana Derived from the regulatory region of the gene. That this approach will be sensitive indicates the fact that some of the stresses are very mild (induced changes in less than 5 of 78 investigated genes).
さらに、シロイヌナズナの当初の前記78個の遺伝子マーカー群から一連の40個の遺伝子マーカーのサブセットを使用し、かつ、新規のストレスをユニークな(すなわち訓練用群とは異なる)もの、対照とは異なるが既存のストレスと同じ(すなわち、訓練用群の中にある)もの、または対照と同じもの(偽陰性)、と特定される頻度を定量するためにこれらマーカーを使用して、シロイヌナズナの遺伝子座を訓練することにより、センチネルの原理を例証する。また、異なる組織内で差次的にメチル化されると知られているヒトの遺伝子座の群を使用して組織型を特定するセンチネルの能力も示される。組織の限定された群に対してセンチネルを選択し使用することにより、センチネルの特定には使用されていない組織の診断を可能にすることが示されている。この文脈において、診断とは、細胞、組織、器官、または生物の生理学的および表現型の状態の特定、またはそれらにおける変化の特定を意味する。 In addition, a subset of 40 genetic markers from the original 78 genetic marker group of Arabidopsis thaliana was used and the new stress was unique (ie different from the training group), different from the control Using these markers to quantify the frequency that is identified as the same as the existing stress (ie, in the training group) or the same as the control (false negative), the Arabidopsis locus Explain the sentinel principle by training. Also shown is the sentinel's ability to identify tissue types using groups of human loci known to be differentially methylated in different tissues. It has been shown that selecting and using sentinels for a limited group of tissues allows the diagnosis of tissues not used to identify sentinels. In this context, diagnosis means identifying the physiological and phenotypic state of a cell, tissue, organ, or organism, or identifying changes in them.
本明細書中では、明瞭かつ簡潔な明細書が記載できるような方法で実施形態が記載されるが、前記実施形態は本発明から乖離することなく様々に組み合わせられたり分割されたりしてもよいことが意図されており、そのように理解されるであろう。 In the present specification, embodiments are described in such a manner that a clear and concise specification can be described, but the embodiments may be variously combined and divided without departing from the present invention. It is intended and will be understood as such.
本明細書中で、「約」という用語は、プラスまたはマイナス20%を意味し、より公的にはプラスまたはマイナス10%を意味し、さらに好適にはプラスまたはマイナス5%を意味し、最も好適にはプラスまたはマイナス2%を意味する。 In this specification, the term “about” means plus or minus 20%, more officially means plus or minus 10%, more preferably plus or minus 5%, most preferably Preferably it means plus or minus 2%.
本明細書中で、「成長」という用語を使用することは、細胞、組織、または生物が見いだされる、置かれる、または培養される生活環境を意味する。たとえば、前記用語は、成長や、生活、環境的および/または発生状況に関していてもよい。「成長させる」および「成長」という用語は、期間、研究、または注目する期間における、細胞、組織、または生物の生存および/または繁殖を意味する。 As used herein, the term “growth” refers to the living environment in which cells, tissues, or organisms are found, placed, or cultured. For example, the term may relate to growth, life, environmental and / or developmental situations. The terms “grow” and “growth” refer to the survival and / or propagation of a cell, tissue, or organism during a period, study, or period of interest.
本発明の第一の態様において、非定型成長条件(ストレス)を特定するためのDNA遺伝子座(ストレスセンチネル)群を特定する方法が提供され、前記方法は、
(i) 対照成長条件下で、注目する細胞のサンプルを成長させる工程と;
(ii) 工程(i)の注目する細胞と同じ細胞のサンプルを、少なくとも一つの非定型成長条件のある環境で成長させる工程と;
(iii) 工程(i)および(ii)の各細胞サンプルからDNAを単離する工程と;
(iv) 前記工程(iii)の単離したDNA中の、メチル化できる遺伝子座の、メチル化状態を特定する工程と;
(v) 前記工程(i)および(ii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する工程と;
(vi) 遺伝子座のサブセットを選択する工程であって、前記遺伝子座のサブセットは、前記工程(ii)からの単離したDNAにおいて前記工程(i)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていることが特徴である、工程と;
(vii) 前記工程(vi)で選択された遺伝子座のサブセットを特定する工程と;
(viii) 前記選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態を、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)および/または注目する細胞サンプルと関連させる工程と;
を含む。
In the first aspect of the present invention, there is provided a method for identifying a DNA locus (stress sentinel) group for identifying an atypical growth condition (stress), the method comprising:
(i) growing a sample of the cell of interest under control growth conditions;
(ii) growing a sample of the same cell as the cell of interest in step (i) in an environment with at least one atypical growth condition;
(iii) isolating DNA from each cell sample of steps (i) and (ii);
(iv) identifying the methylation state of the locus that can be methylated in the isolated DNA of step (iii);
(v) comparing the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (ii);
(vi) selecting a subset of loci, wherein the subset of loci is an isolated DNA from step (ii) that is different from the isolated DNA from step (i) A process characterized by different methylation states; and
(vii) identifying a subset of the loci selected in step (vi);
(viii) associating the methylation status of the selected subset of loci with the atypical growth conditions (a plurality of atypical growth conditions) and / or the cell sample of interest;
including.
必要に応じて、前記方法は、
(ix) 前記選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態を、前記遺伝子座を選択するためには使用されなかった、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせと関連させる工程、
を含む。
Optionally, the method
(ix) the methylation status of a subset of the selected loci, the atypical growth conditions (multiple atypical growth conditions) that were not used to select the loci, and / or tissues / Associating with cell types and / or combinations thereof;
including.
本発明の第二の態様において、特定の非定型成長条件(ストレス)を特定するための複数のDNA遺伝子座(ストレスセンチネル)群を特定する方法が提供され、前記方法は、
(i) 対照成長条件下で、注目する細胞の複数のサンプルを成長させる工程であって、前記複数の注目する細胞は異なる遺伝子型を有する、工程と;
(ii) 工程(i)のように注目する細胞の複数のサンプルを成長させる工程であって、前記細胞は少なくとも一つの非定型成長条件のある環境にある、工程と;
(iii) 工程(i)および(ii)の各細胞サンプルからDNAを単離する工程と;
(iv) 前記工程(iii)の単離したDNA中の、メチル化できる遺伝子座の、メチル化状態を特定する工程と;
(v) 前記工程(i)および(ii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する、または、前記工程(i)および(iii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する、もしくは前記工程(ii)および(iii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する工程と;
(vi) 遺伝子座のサブセットを選択する工程であって、前記サブセットは、前記工程(ii)からの単離したDNAにおいて前記工程(i)および/または(iii)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていること、および/または前記工程(iii)からの単離したDNAにおいて前記工程(i)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていること、が特徴である、工程と;
(vii) 前記工程(vi)で選択された遺伝子座のサブセットを特定する工程と;
(viii) 前記選択された遺伝子座のサブセットとそのメチル化状態を、前記非定型成長条件および/または注目する細胞サンプルと関連させる工程と;
を含む。
In a second aspect of the present invention, there is provided a method for identifying a plurality of DNA loci (stress sentinel) groups for identifying a specific atypical growth condition (stress), the method comprising:
(i) growing a plurality of samples of cells of interest under control growth conditions, wherein the plurality of cells of interest have different genotypes;
(ii) growing a plurality of samples of the cell of interest as in step (i), wherein the cell is in an environment with at least one atypical growth condition;
(iii) isolating DNA from each cell sample of steps (i) and (ii);
(iv) identifying the methylation state of the locus that can be methylated in the isolated DNA of step (iii);
(v) compare the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (ii) or compare the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (iii) Or comparing the methylation status of the isolated DNA from steps (ii) and (iii) above;
(vi) selecting a subset of loci, wherein the subset is the isolated DNA from step (ii) and the isolated DNA from step (i) and / or (iii) The methylation status of the locus is different and / or the methylation status of the locus is different from the isolated DNA from step (i) in the isolated DNA from step (iii) Characterized by a process;
(vii) identifying a subset of the loci selected in step (vi);
(viii) associating said selected subset of loci and their methylation status with said atypical growth conditions and / or cell sample of interest;
including.
必要に応じて、前記方法はさらに、
(ix) 前記選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態を、前記遺伝子座を選択するためには使用されなかった、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせと関連させる工程、
を含む。
Optionally, the method further includes
(ix) the methylation status of a subset of the selected loci, the atypical growth conditions (multiple atypical growth conditions) that were not used to select the loci, and / or tissues / Associating with cell types and / or combinations thereof;
including.
本発明の第三の態様において、複数の非定型成長条件を特定するためのDNA遺伝子座群を特定する方法が提供され、前記方法は、
(i) 対照成長条件下で、注目する細胞のサンプルを成長させる工程と;
(ii) 工程(i)の注目する細胞と同じ細胞の複数のサンプルを、少なくとも一つの非定型成長条件のある環境で成長させる工程であって、各サンプルは異なる非定型成長条件中で成長させられる、工程と;
(iii) 工程(i)および(ii)の各細胞/サンプルからDNAを単離する工程と;
(iv) 前記工程(iii)の単離したDNA中の、メチル化できる遺伝子座の、メチル化状態を特定する工程と;
(v) 前記工程(i)および(ii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する工程と;
(vi) 遺伝子座のサブセットを選択する工程であって、前記サブセットは、各サンプル(ii)からの単離したDNAにおいて前記工程(i)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていることが特徴である、工程と;
(vii) 前記工程(vi)で選択された遺伝子座のサブセットを特定する工程と;
(viii) 前記遺伝子座のサブセットとそのメチル化状態とを、前記工程(ii)の異なる非定型成長条件に関連させる工程と;
を含む。
In a third aspect of the present invention, there is provided a method for identifying a DNA locus group for identifying a plurality of atypical growth conditions, the method comprising:
(i) growing a sample of the cell of interest under control growth conditions;
(ii) A step of growing a plurality of samples of the same cell as the cell of interest in step (i) in an environment having at least one atypical growth condition, wherein each sample is grown in a different atypical growth condition. A process;
(iii) isolating DNA from each cell / sample of steps (i) and (ii);
(iv) identifying the methylation state of the locus that can be methylated in the isolated DNA of step (iii);
(v) comparing the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (ii);
(vi) selecting a subset of loci, said subset comprising an isolated DNA from each sample (ii) that is different from the isolated DNA from said step (i) Characterized by the difference between the process;
(vii) identifying a subset of the loci selected in step (vi);
(viii) associating the subset of loci and their methylation status with different atypical growth conditions of step (ii);
including.
必要に応じて、さらに、
(ix) 前記選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態を、前記遺伝子座を選択するためには使用されなかった、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせと関連させる工程、
がある。
If necessary,
(ix) the methylation status of a subset of the selected loci, the atypical growth conditions (multiple atypical growth conditions) that were not used to select the loci, and / or tissues / Associating with cell types and / or combinations thereof;
There is.
好適には、前記遺伝子座のサブセットの各遺伝子座が、単一の条件のみを診断付けるわけではない。 Preferably, each locus of the subset of loci does not diagnose only a single condition.
好適には、選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態が、前記遺伝子座を選択するためには使用されなかった、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせを診断付ける。 Preferably, the methylation status of a selected subset of loci has not been used to select said locus, said atypical growth conditions (a plurality of atypical growth conditions), and / or tissue / Diagnose cell types and / or combinations thereof.
好適には、選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態が、前記遺伝子座を選択するために使用された、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせを診断付ける。 Preferably, the methylation status of a selected subset of loci is selected from said atypical growth conditions (a plurality of atypical growth conditions) and / or tissue / cell type used to select said loci , And / or combinations thereof.
好適には、選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態が、(i)前記遺伝子座を選択するためには使用されなかった、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせと; (ii)前記遺伝子座を選択するために使用された、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせとを、診断付ける。 Preferably, the methylation status of a selected subset of loci is: (i) the atypical growth conditions (a plurality of atypical growth conditions) that were not used to select the locus, and / or Or a tissue / cell type and / or a combination thereof; (ii) the atypical growth conditions (a plurality of atypical growth conditions) and / or tissue / cell type used to select the locus And / or combinations thereof are diagnosed.
本発明の全態様の方法の中核をなすのは、ストレス、原料物質、および/または生理学的状態を診断付けるために使用できる、何より、選択過程のために使用できる、メチル化部位(センチネル)を特定し選択するために使用される基準である。これを得るために、条件間および/または原料サンプル間でおおむね多様なマーカーであって、理想的には単一の条件のみを診断付けるわけではないマーカーを選択することが、好ましい。このように、診断に結びつくのは、2〜3個の条件特異的遺伝子座の状態ではなく、むしろ、複数のセンチネルにわたる差次的メチル化パターンである。この原理を示す表を以下に示す。 Central to the method of all aspects of the invention is the use of methylation sites (sentinel) that can be used for diagnosing stress, source material, and / or physiological conditions, and more particularly for the selection process. A criterion used to identify and select. To obtain this, it is preferred to select markers that are generally diverse between conditions and / or between raw material samples, ideally not only diagnosing a single condition. Thus, it is not the state of a few condition-specific loci that are linked to diagnosis, but rather a differential methylation pattern across multiple sentinels. A table showing this principle is shown below.
したがって、本発明の方法において、遺伝子座の選択されたサブセットが、条件間で、および/または原料サンプル間で多様な遺伝子座であって、単一の条件および/または原料サンプルのみを診断付けるわけではない遺伝子座から構成されることが好ましいことは当然であろう。 Thus, in the method of the present invention, the selected subset of loci are diverse loci between conditions and / or between source samples, so that only a single condition and / or source sample is diagnosed. It will be appreciated that it is preferably composed of non-locus loci.
仮定の状況において6個のストレス(A〜F)と8個の遺伝子座(1〜8)があり、様々なストレスに対するメチル化状態を、メチル化(+)または非メチル化(−)と採点している。下記の表1(a)は、想定できる一つの結果を示す。 There are 6 stresses (AF) and 8 loci (1-8) in the hypothetical situation, and the methylation status for various stresses is scored as methylated (+) or unmethylated (-) doing. Table 1 (a) below shows one possible result.
全8個の遺伝子座のうち、遺伝子座6および7は、ストレスの訓練群の間で異なっていない(すなわち、遺伝子座6はすべてメチル化され、遺伝子座7はすべてメチル化されていない)ので、潜在的センチネルとしては削除される。 Of all 8 loci, loci 6 and 7 are not different between the stress training groups (ie, locus 6 is all methylated and locus 7 is not all methylated) The potential sentinel is removed.
遺伝子座3および4は異なっており、それぞれ一個のストレス(それぞれAとF)を診断付ける。これらはセンチネルの候補と考えられるが、遺伝子座に対し1個のストレスを示しているようなので理想的ではなく、もしほかのストレスがあれば、多数のストレスのプロファイルでは目立ちそうにない。 Locus 3 and 4 are different and each diagnoses one stress (A and F, respectively). These are considered candidates for sentinels, but are not ideal because they appear to have a single stress on the locus, and if there are other stresses, they are not likely to stand out in a number of stress profiles.
残る遺伝子座は、なんらかの一つの特定のストレスを診断付けるわけではないが、集団的に訓練用群中のストレスすべての分離を可能にする(下記の表1(b)を参照)。 The remaining loci do not diagnose any one specific stress, but collectively allow for the separation of all stresses in the training group (see Table 1 (b) below).
別のストレスがさらに導入されると(G、矢印で示す)、このストレスは前記選択過程で使用されなかったのに、前記選択されたセンチネルマーカーで識別できるが、前記削除されたものでは識別できない。 If another stress was further introduced (G, indicated by an arrow), this stress was not used in the selection process but could be identified with the selected sentinel marker, but not with the deleted one .
このように、理想的なセンチネルマーカーは、ストレス/サンプル源のほぼ半数に現れ、ストレスを相互補完的に「分離」する。 Thus, ideal sentinel markers appear in nearly half of the stress / sample sources and “separate” the stresses in a complementary manner.
メチル化検出工程は、既存のいずれの方法を使用して行ってもよく、その例としては、メチル化感受性増幅断片解析(MSAP)、つまりアイソシゾマー制限酵素を使用して生成されたマルチプロダクトプロファイルが比較される増幅断片長多型(AFLP)(Xiong et al, 1999参照);重亜硫酸ナトリウムでDNAを処理した後サイクルシークエンシングを行う方法(Frommer et al. 1992参照)、ピロシークエンシング(Uhlmann et al. 2002参照)、超高速単分子DNAシークエンシング(たとえばZeschnigk et al 2009参照)、またはqPCR(Munson et al 2007参照)、HPLC(たとえば、Sandhu et al 2009)、質量分光測定法(たとえば、Igarashi et al 2009)などがあり(これらに限定されるわけではない)、または高分解能溶融分析(WO2009/010776)を直接行うことによって行ってもよい。一つの実施形態において、メチル化状態は、厳密に定性的に(つまり、その有無で)使用される。別の実施形態では、メチル化状態は、たとえば判定の閾値を設定する、量的なデータに基づく判別分析システムを配備する、などによって、遺伝子座のメチル化についての量的なデータによって測定される(主成分分析(PCO)など)。 The methylation detection step may be performed using any existing method, for example, methylation-sensitive amplified fragment analysis (MSAP), that is, a multi-product profile generated using an isoschizomer restriction enzyme. Amplified fragment length polymorphism (AFLP) to be compared (see Xiong et al, 1999); DNA sequencing with sodium bisulfite followed by cycle sequencing (Frommer et al. 1992), pyro sequencing (Uhlmann et al. al. 2002), ultrafast single-molecule DNA sequencing (eg Zeschnigk et al 2009), or qPCR (see Munson et al 2007), HPLC (eg Sandhu et al 2009), mass spectrometry (eg Igarashi et al 2009) (but not limited to) or by performing high-resolution melting analysis directly (WO2009 / 010776) May be. In one embodiment, the methylation state is used strictly qualitatively (ie, in the presence or absence). In another embodiment, methylation status is measured by quantitative data about locus methylation, for example by setting a threshold for determination, deploying a discriminant analysis system based on quantitative data, etc. (Principal component analysis (PCO) etc.).
PCO分析は、多次元にわたる変動が測定されて、第一軸(第一主成分として知られる)が一つの次元の変動の最大量をとらえるように新たな軸をひく、標準的な技術である。第二軸は、別の軸にいくつかの次元にわたる変動の二番目に大きい量をとらえ、それは第二主成分として知られる。このように、第一および第二成分が何らかの特定の変数を示さず、これが標準的な分析戦略である。 PCO analysis is a standard technique in which variation across multiple dimensions is measured and a new axis is drawn so that the first axis (known as the first principal component) captures the maximum amount of variation in one dimension. . The second axis captures the second largest amount of variation across several dimensions on another axis, which is known as the second principal component. Thus, the first and second components do not exhibit any particular variable, which is a standard analytical strategy.
「注目する細胞のサンプル」という表現は、生体外の細胞株から得られた細胞や、組織、器官、または生物全体などの生体材料から得られた細胞、またはそれらを形成する細胞をも含む。 The expression “sample of the cell of interest” also includes cells obtained from cell lines in vitro, cells obtained from biological materials such as tissues, organs or whole organisms, or cells forming them.
「注目する細胞のサンプルを成長させる」という表現は、生体外または生体内の条件における細胞の成長を含む。たとえば、細胞のサンプルは、細胞成長用の適切な実験室機器中で、生体外で成長させられてもよい。または、細胞のサンプルは、「生体内で」、すなわち、注目する個体生物(植物、動物、またはヒトなど)中で、成長させられてもよい。 The expression “grow a sample of the cell of interest” includes the growth of the cell in an in vitro or in vivo condition. For example, a sample of cells may be grown in vitro in appropriate laboratory equipment for cell growth. Alternatively, a sample of cells may be grown “in vivo”, ie, in the individual organism of interest (such as a plant, animal, or human).
「対照成長条件」という表現は、成長条件が能動的に制御される(すなわち指定され調整される)こと、または成長条件の特徴が明瞭化されているという意味を含む。前記対照成長条件は、細胞のサンプルがどのように成長させられるかによって決まり、能動的制御は生体外成長条件にとってさらに適切であり、特徴が明瞭な制御条件は生体内成長条件にとってさらに適切である。ただし、常にそうでなくともよい。 The expression “control growth conditions” includes the meaning that the growth conditions are actively controlled (ie specified and adjusted) or that the characteristics of the growth conditions are clarified. The control growth conditions depend on how the sample of cells is grown, active control is more appropriate for in vitro growth conditions, and well-defined control conditions are more appropriate for in vivo growth conditions . However, this is not always the case.
「非定型成長条件」という表現は、前記対照成長条件中の等価の条件とは異なる成長条件、たとえば前記対照成長条件と比べて高い温度など、を意味する。 The expression “atypical growth conditions” means growth conditions that are different from the equivalent conditions in the control growth conditions, such as higher temperatures compared to the control growth conditions.
前記「非定型成長条件」という表現は、変化した個々の条件、たとえば温度、pH、光照射などを含み(しかしこれらに限定されるわけではない)、また、全組織または生物レベルでは、生理学的状態、疾患状態、化学物質、薬物、生物学的作用物質などに対する曝露なども含む。 The expression “atypical growth conditions” includes (but is not limited to) individual conditions that have been altered, such as, but not limited to, temperature, pH, light irradiation, etc. Includes exposure to conditions, disease states, chemicals, drugs, biological agents, and the like.
「表現型および/または生理学的変化」という表現は、細胞、組織、または全生物レベルのいずれかで測定可能な変化を含む。たとえば、高温度への曝露は、細胞レベルと全生物レベルとでは異なる観察可能な効果を有するであろう。 The expression “phenotype and / or physiological change” includes a measurable change either at the cellular, tissue or whole organism level. For example, exposure to high temperatures will have observable effects that differ at the cellular and whole organism levels.
変化は、質的(たとえば、物理的反応)であっても、量的(既存の表現型または生理学的特徴の増減)であってもよい。 The change may be qualitative (eg, physical response) or quantitative (existing phenotype or increase or decrease in physiological characteristics).
本発明の第二または第三の態様のひとつの実施形態において、前記工程(ii)における複数のサンプルは、1〜10,000個のストレス条件であり、好適には10〜500個のストレス条件であり、さらに好適には30〜100個のストレス条件である。 In one embodiment of the second or third aspect of the present invention, the plurality of samples in the step (ii) are 1 to 10,000 stress conditions, preferably 10 to 500 stress conditions. More preferably, it is 30 to 100 stress conditions.
好適には、たとえば前記工程(iii)で特定された遺伝子座は、非定型成長条件に曝露されたサンプルと対照サンプルとの間で、または選択に使用された細胞サンプル間で、区別が明瞭である。 Preferably, for example, the locus identified in step (iii) is distinct between samples exposed to atypical growth conditions and control samples, or between cell samples used for selection. is there.
本発明の第一、第二、第三の態様のいずれにおいても、工程(vii)、(viii)、および必要に応じた工程(ix)の後に以下の工程が行われる。
(x) 前記遺伝子座のサブセットとそのメチル化状態とを、前記細胞サンプル、または前記細胞サンプルが得られた組織、器官、または生物中の表現型および/または生理学的応答と関連させる工程。
In any of the first, second, and third aspects of the present invention, the following steps are performed after steps (vii), (viii), and step (ix) as necessary.
(x) associating a subset of said loci and their methylation status with a phenotype and / or physiological response in said cell sample or tissue, organ or organism from which said cell sample was obtained.
一つの実施形態において、本発明の第一、第二、第三の態様のいずれかの方法は、必要に応じて、
(xi) 細胞のサンプルからDNAを単離する工程であって、前記細胞の成長条件は不明である、工程と;
(xii) 前記工程(xi)の単離したDNA中の、前記工程(vii)で特定された前記遺伝子座のサブセットのメチル化状態を特定する工程と;
(xiii) 前記工程(xi)の細胞のサンプルが非定型成長条件に曝露されていたかどうかを特定するために、前記工程(xii)で特定された遺伝子座のメチル化状態を、前記工程(viii)の結果と比較する工程と、
を含んでもよい。
In one embodiment, the method of any of the first, second, and third aspects of the present invention may be
(xi) isolating DNA from a sample of cells, wherein the growth conditions of the cells are unknown;
(xii) identifying the methylation status of the subset of the loci identified in step (vii) in the isolated DNA of step (xi);
(xiii) In order to identify whether the sample of cells of step (xi) has been exposed to atypical growth conditions, the methylation status of the locus identified in step (xii) is determined by the step (viii ) To compare with the results of
May be included.
別の実施形態において、本発明の第一、第二、第三の態様のいずれかの方法は、(上記必要に応じた工程(x)に続いて)必要に応じて、
(xi) 細胞のサンプルからDNAを単離する工程であって、一つ以上の非定型成長条件に曝露された時の前記細胞(またはその細胞が得られた組織/生物)の表現型および/または生理学的応答が不明である、工程と;
(xii) 前記工程(xi)の単離したDNA中の、前記工程(vii)で特定された前記遺伝子座のサブセットのメチル化状態を特定する工程と;
(xiii) 前記細胞(またはその細胞が得られた組織/生物)が、特徴が明瞭または不明瞭な非定型成長条件に対する表現型および/または生理学的応答をしたかどうかを特定するために、前記工程(vi)で特定された遺伝子座のメチル化状態を、前記工程(x)の結果と比較する工程と、
を含んでもよい。
In another embodiment, the method of any of the first, second and third aspects of the invention is optionally followed (following step (x) as necessary)
(xi) isolating DNA from a sample of cells, the phenotype of said cell (or the tissue / organism from which it was obtained) and / or when exposed to one or more atypical growth conditions Or the physiological response is unknown, the process;
(xii) identifying the methylation status of the subset of the loci identified in step (vii) in the isolated DNA of step (xi);
(xiii) In order to identify whether the cell (or the tissue / organism from which it was obtained) had a phenotypic and / or physiological response to atypical growth conditions that are clearly or unclear Comparing the methylation status of the locus identified in step (vi) with the result of step (x);
May be included.
好適には、前記工程(xii)は、前記細胞が曝露されていた非定型成長条件のタイプも特定する。 Suitably, said step (xii) also identifies the type of atypical growth conditions to which said cells have been exposed.
有利には、前記工程(xii)は、前記工程(ii)でテストされなかった非定型成長条件に前記細胞が曝露されたことを特定する。 Advantageously, said step (xii) identifies that said cell has been exposed to atypical growth conditions not tested in said step (ii).
好適には、前記方法、たとえば前記工程(viii)はまた、前記細胞/組織/器官/個体が曝露されていた非定型成長条件に対する生理学的応答のタイプも特定する。 Suitably, said method, for example said step (viii), also identifies the type of physiological response to atypical growth conditions to which said cell / tissue / organ / individual has been exposed.
有利には、前記工程(xiii)は、前記細胞(またはその細胞が得られた組織または生物)が、前記工程(i)および(ii)の細胞と関連する前記応答とは異なる一つ以上の非定型成長条件に曝露された後に、表現型および/または生理学的応答をしたことを特定する。 Advantageously, said step (xiii) comprises one or more of said cells (or tissue or organism from which said cells were obtained) different from said response associated with said step (i) and (ii) cells. Identifies having a phenotypic and / or physiological response after exposure to atypical growth conditions.
好適には、前記対照成長条件が、前記注目する細胞の生物学的に正常な生体内成長条件の範囲と同じ範囲である。当業者であれば、前記正常な成長条件は、調査されている細胞型または生物に応じて決まるということを理解するであろう。正常な成長条件の例は、指定された細胞株または組織の培養のための、またはさらには、指定された種または属またはより高次の分類群の生物の生存のための、公開されたプロトコルを構成する。 Preferably, the control growth conditions are in the same range as the range of biologically normal in vivo growth conditions of the cell of interest. One skilled in the art will appreciate that the normal growth conditions depend on the cell type or organism being investigated. Examples of normal growth conditions are published protocols for the culture of designated cell lines or tissues, or even for the survival of organisms of the designated species or genus or higher taxon Configure.
本発明に使用されてもよい前記多数の特定の細胞株のいくつかのための正常な成長条件の例は、下記を含むが、これらに限定されるわけではない。 Examples of normal growth conditions for some of the numerous specific cell lines that may be used in the present invention include, but are not limited to:
前立腺癌 DU145 Alimirah F, et al (2006). "DU-145 and PC-3 human prostate cancer cell lines express andogren receptor: implications for the androgen receptor functions and regulations". FEBS Lett. 580 (9): 2294-300. Prostate cancer DU145 Alimirah F, et al (2006). "DU-145 and PC-3 human prostate cancer cell lines express andogren receptor: implications for the androgen receptor functions and regulations". FEBS Lett. 580 (9): 2294-300 .
乳癌 MCF-7 Dickson RB et al (1986) "Characterisation of estrogen responsive transforming activity in human breast cancer cell lines". Cancer Res. 46: 1707-13. Breast cancer MCF-7 Dickson RB et al (1986) "Characterisation of estrogen responsive transforming activity in human breast cancer cell lines". Cancer Res. 46: 1707-13.
白血病 THP-1 Dickson RB et al (1986). "Characterisation of estrogen responsive transforming activity in human breast cancer cell lines". Cancer Res. 46: 1707-13. Leukemia THP-1 Dickson RB et al (1986). "Characterisation of estrogen responsive transforming activity in human breast cancer cell lines". Cancer Res. 46: 1707-13.
神経芽細胞腫 SHSY5Y Biedler JL et al (1973) Morphology and growth, tumorigenicity, and cytogenetics of human neuroblastoma cells in continuous culture. Cancer Res. 33(11): 2643-52. Neuroblastoma SHSY5Y Biedler JL et al (1973) Morphology and growth, tumorigenicity, and cytogenetics of human neuroblastoma cells in continuous culture.Cancer Res. 33 (11): 2643-52.
骨肉腫 Saos-2 Biedler JL et al (1973) Morphology and growth, tumorigenicity, and cytogenetics of human neuroblastoma cells in continuous culture. Cancer Res. 33(11): 2643-52. Osteosarcoma Saos-2 Biedler JL et al (1973) Morphology and growth, tumorigenicity, and cytogenetics of human neuroblastoma cells in continuous culture.Cancer Res. 33 (11): 2643-52.
ラット SP12 Greene LA and Tischler AS (1976). "Establishment of a noradrenergic clonal line of rat adrenal pheochromocytoma cells with respond to nerve growth factor". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 73 (7): 2428-8. Rat SP12 Greene LA and Tischler AS (1976). "Establishment of a noradrenergic clonal line of rat adrenal pheochromocytoma cells with respond to nerve growth factor". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 73 (7): 2428-8.
マウス MC3T3 Bilezikian et al (2002). Principles of Bone Biology. San Diego: Academic Press. 1506. Mouse MC3T3 Bilezikian et al (2002). Principles of Bone Biology. San Diego: Academic Press. 1506.
タバコ植物 BY-2 Nagata t et al (1992). Tobacco BY-2 cell line as the "Hela" cell in the cell biology of higher plants. International Review of Cytology. 132: 1-30. Tobacco BY-2 cell line as the "Hela" cell in the cell biology of higher plants. International Review of Cytology. 132: 1-30.
前記センチネルマーカーを含む前記サブセットを構成するDNA遺伝子座の数は、好適には、研究下のゲノム中のDNAメチル化の1〜5000個の部位、または好適には、DNAメチル化を含む10〜1000個の標的領域、および最も好適には、DNAメチル化を含む20〜100個の標的領域である。 The number of DNA loci comprising the subset comprising the sentinel marker is preferably from 1 to 5000 sites of DNA methylation in the genome under study, or preferably 10 to 10 comprising DNA methylation. 1000 target regions, and most preferably 20-100 target regions including DNA methylation.
便宜的には、前記第二の態様の工程(ii)における様々な非定型成長条件は、相違する。「相違する」という表現は、前記非定型成長条件が同じまたは類似の型または種類ではないことを意味する。たとえば、温度と養分利用性とは、相違する条件とみなされるであろうし、同じ病原性種の違う型に曝露されることは相違する条件とはみなされない。 For convenience, various atypical growth conditions in step (ii) of the second aspect are different. The expression “different” means that the atypical growth conditions are not of the same or similar type or kind. For example, temperature and nutrient availability would be considered as different conditions, and exposure to different types of the same pathogenic species is not considered different conditions.
前記非定型成長条件は、特に、次にあげるものから選択してもよい:温度、物理的ストレス(大気圧の増減、対象物に対する指向性圧力、撹拌、重力、物理的緊張)、物理的損傷、養分利用性、化学毒素やホルモン、シグナル伝達分子への曝露、その他の化学薬剤への曝露、可視光線ストレス(スペクトルの質および強度)、地上レベルを超えた非可視光線(たとえば、X線、ガンマ線、赤外線、紫外線、マイクロ波など)の照射への曝露、病原体または寄生生物への曝露、その他の生物や同じ種のその他の構成体への曝露、他の生物や個体からの浸出液, 前記標的生物に対する他の生物による植食/摂食、水分ストレス(過多、または過少)、前記対象物が休止状態に入るように刺激するシグナルまたは条件への曝露、酸素ストレス、または、過剰または準最適な量の遊離基への曝露。 The atypical growth conditions may in particular be selected from the following: temperature, physical stress (increase / decrease atmospheric pressure, directional pressure on the object, agitation, gravity, physical tension), physical damage , Nutrient availability, exposure to chemical toxins and hormones, signaling molecules, exposure to other chemicals, visible light stress (spectrum quality and intensity), invisible light above ground level (eg, X-rays, Exposure to gamma rays, infrared, ultraviolet, microwave, etc., exposure to pathogens or parasites, exposure to other organisms or other components of the same species, exudates from other organisms or individuals, the target Feeding / eating by other organisms on the organism, water stress (over or under), exposure to signals or conditions that stimulate the object to enter resting state, oxygen stress, or , Exposure to excessive or suboptimal amounts of free radicals.
好適には、前記工程(vi)で選択された前記遺伝子座のサブセットは、細胞ストレス応答経路の成分用の遺伝子と関連する。前記遺伝子座は、遺伝子そのものであってもよく、または一つ以上の遺伝子と関連する制御領域であってもよい。 Preferably, the subset of loci selected in step (vi) is associated with genes for components of the cellular stress response pathway. The locus may be the gene itself or a regulatory region associated with one or more genes.
かかる遺伝子座は、保存されている細胞ストレス応答経路の機能の発現と関連したDNAのエキソン領域または制御領域からのものであってもよい。植物についての例には、ジャスモン酸経路(たとえばDempsey et al 1999; Wasternack, 2007; Fan et al 2007; Zhao et al 2007; Reinbothe et al 2009参照)、一酸化窒素経路(たとえばWilson et al 2008)、サリチル酸経路(Fan et al 2007; Zabala et al 2009)、エチレン経路(たとえばZhao et al 2007参照)、アブシジン酸経路(Zabala et al 2009; Fan et al 2009)に直接または間接的に関与する遺伝子、およびフェノール化合物の制御に含まれる遺伝子(たとえばSaltveit and Choi, 2007参照)などがある(が、これらに限定されるわけではない)。 Such a locus may be from an exon or control region of DNA associated with the expression of a conserved cellular stress response pathway function. Examples for plants include the jasmonate pathway (see eg Dempsey et al 1999; Wasternack, 2007; Fan et al 2007; Zhao et al 2007; Reinbothe et al 2009), the nitric oxide pathway (eg Wilson et al 2008), Genes directly or indirectly involved in the salicylic acid pathway (Fan et al 2007; Zabala et al 2009), the ethylene pathway (see for example Zhao et al 2007), the abscisic acid pathway (Zabala et al 2009; Fan et al 2009), and Examples include (but are not limited to) genes involved in the control of phenolic compounds (see, for example, Saltveit and Choi, 2007).
ヒトおよび哺乳類生物についての例は、p53マスター転写経路(たとえば、Millau et al 2009参照);P13K経路(たとえばAssinder et al 2009; Maria et al 2009参照)、PTEN−AKT3シグナル伝達カスケード(たとえばMadhunapantula and Robertson 2009参照)、小胞体ストレス応答遺伝子hire1pおよびその関連物(Tirasophon et al 1998)およびRET膜貫通受容体と関連するカスケード遺伝子(Myers and Mulligan 2004)などがある(が、これらに限定されるわけではない)。 Examples for human and mammalian organisms include the p53 master transcription pathway (see, eg, Millau et al 2009); the P13K pathway (see, eg, Assinder et al 2009; Maria et al 2009), the PTEN-AKT3 signaling cascade (eg, Madhunapantula and Robertson 2009), endoplasmic reticulum stress response gene hire1p and related products (Tirasophon et al 1998) and cascade gene associated with RET transmembrane receptor (Myers and Mulligan 2004) (but not limited to these). Absent).
便宜的には、前記遺伝子座は、前記注目する細胞の各ストレス応答経路の少なくとも一つの成分についての遺伝子または制御領域に位置する。 Conveniently, the locus is located in a gene or regulatory region for at least one component of each stress response pathway of the cell of interest.
前記DNA遺伝子座(センチネル)のサブセットは、メチル化変化の明瞭性および一貫性と、生物/組織/細胞型が様々な非定型成長条件(一般的にはストレス)に曝露される時に違うメチル化をするかもしれないセンチネルにまたがるメチル化パターンとに基づいて選択される。前記DNA遺伝子座は集団で、メチル化プロファイルに変化をおこしたストレスを診断付ける「帰納的な診断」を可能にする。多数の誘発ストレスの特定が可能になるが、これは、センチネルマーカーが違うタイプのストレスへの相補的な(非同一の)応答(または無応答)を呈するからである。前記方法は、多数の部位に、多数のストレス誘導因子に対する生物または器官または組織または細胞型の生理学的応答全体に対してセンチネルとして作用させる。 A subset of the DNA loci (sentinels) are distinct and consistent in methylation changes, and differ in methylation when organisms / tissues / cell types are exposed to various atypical growth conditions (typically stress) Selected based on the methylation pattern across the sentinel. The DNA locus enables “inductive diagnosis” to diagnose stresses that have changed methylation profiles in a population. A large number of evoked stresses can be identified because sentinel markers exhibit a complementary (non-identical) response (or no response) to different types of stress. The method allows multiple sites to act as sentinels for the overall physiological response of an organism or organ or tissue or cell type to multiple stress inducers.
便宜的には、前記DNA遺伝子座は「万能」であるよう選択されるので、関連性の無い広範囲なストレスを特定するために使用することができる。ストレス診断は、選択されたセンチネルマーカーすべてにまたがるメチル化パターン全体に基づき、個々のストレスは、たとえば多変量解析や決定木解析など(これらに限定されるわけではない)によって特定される。重要なことに、このアプローチはまた、通常の制御プロファイルを呈するサンプルの診断と、不明なストレスへの曝露を示唆する、非定型だがこれまでに特徴が明瞭化されていない相違するプロファイルを呈するサンプルの診断とを可能にする。 Conveniently, the DNA locus is selected to be “universal” and can be used to identify a wide range of unrelated stresses. Stress diagnosis is based on the entire methylation pattern across all selected sentinel markers, and individual stresses are identified by, for example (but not limited to) multivariate analysis or decision tree analysis. Importantly, this approach can also be used to diagnose samples that exhibit normal control profiles and samples that exhibit atypical but previously uncharacterized differences that suggest exposure to unknown stress. Enables diagnosis.
これらセンチネルにはいくつかの必須の特徴があるが、それは、特徴が明瞭化されたストレスや特徴が明瞭化されていないストレスを診断する能力を、ゲノムのランダムな選択、または特定のストレスと特異的に関連した標的領域、または全ゲノム(全ゲノムではノイズ‐シグナル比がストレスの区別の分解能を低下させうる)から推定されるその能力よりも高めるような特徴である。 These sentinels have several essential characteristics, which are characterized by the ability to diagnose characterized or uncharacterized stress, random selection of the genome, or specific stress Characteristically related target region, or a feature that enhances its ability to be estimated from the whole genome (where the noise-signal ratio can reduce the resolution of stress discrimination).
ストレスセンチネルの好適な特徴を下記に示す。
1.同一器官からの同一組織型については、同一のストレスに対して同様に応答してメチル化状態を再現可能に変化させる。
2.同一時に同一個体からの同一組織から採取された複製サンプル間でのメチル化状態に、理想的にはばらつきを示さないか、好適には20%未満のばらつきをしめす。
3.容易に検出される異なるストレス状態と関連した定性的メチル化変化を生む。
4.あるストレスに対して応答してメチル化状態を変化させるが、ほかのストレスについてはそうしない(好適には、ストレスの15〜85%について、より好適には、ストレスの25〜75%について、最も好適には、ストレスの40〜60%について変化させる)。
5.生物のストレス応答経路の、好適には大部分を、理想的にはすべてを表す、メチル化に基づく遺伝子座を含む。
6.生物の各組織/器官型について別々に組み立てられる。
7.特定の組織、器官、または発生段階に対しての使用のみを意図していない限り、組織/発生段階の間で理想的にはばらつきが無く、好適にはばらつきが10%未満である。
Preferred features of the stress sentinel are shown below.
1. For the same tissue type from the same organ, the methylation state is reproducibly changed in response to the same stress in the same manner.
2. Ideally, the methylation status between replicate samples taken from the same tissue from the same individual at the same time does not show variation, or preferably less than 20%.
3. It produces qualitative methylation changes associated with different stress states that are easily detected.
4). Changes methylation status in response to certain stresses but not other stresses (preferably about 15-85% of stress, more preferably about 25-75% of stress Preferably, it is varied for 40-60% of the stress).
5. It includes methylation-based loci, preferably representing most, ideally all, of the stress response pathways of an organism.
6). Separately assembled for each tissue / organ type of the organism.
7). Unless intended for use only with a particular tissue, organ, or developmental stage, there is ideally no variability between tissues / development stages, preferably less than 10%.
好適には、本発明に使用される前記DNA遺伝子座はこれらの特徴の一つ以上を有する。 Preferably, the DNA locus used in the present invention has one or more of these characteristics.
有利には、前記工程(vi)での前記遺伝子座のサブセットの選択は、コンピュータープログラムによって自動的に行われる。 Advantageously, the selection of the subset of loci in step (vi) is performed automatically by a computer program.
コンピュータープログラムが遺伝子座を選択できる方法の汎用例を挙げるには、測定されたメチル化状態の多数の遺伝子座の解析が必要である。一つの可能な実施形態には、遺伝子のサブセットと、その遺伝子の発現レベルを様々なストレスと照らし合わせたものとを収集し、メチル化状態が示されることが必要である。コンピュータープログラム用のコードを組み立てるために下記アプローチを行った。 To give a general example of how a computer program can select a locus, it is necessary to analyze a large number of loci of the measured methylation status. One possible embodiment requires that a subset of genes and their expression levels compared to various stresses are collected to indicate methylation status. The following approach was taken to assemble the code for the computer program.
データ
遺伝子発現に4倍以上の変化があったものを「1」、4分の1以下に変化したものを「−1」、遺伝子発現に変化のなかったものを「0」として表す(コード化する)ことによって、遺伝子発現データを3段階に変換した。
Data Represents 4 times or more change in gene expression as “1”, change as less than 1 or 4 as “−1”, and no change in gene expression as “0” (encoding) The gene expression data was converted into three stages.
遺伝子のどれにおいても発現レベルに変化を起こさせないストレスは、特定できず、除去される。同じような発現応答を有するストレスは、個別的に特定できず、したがってすべて(または一つを除いてすべて)除去される。 Stresses that do not change expression levels in any of the genes cannot be identified and are eliminated. Stresses with similar expression responses cannot be identified individually and are therefore all (or all but one) removed.
アルゴリズム(A)
所与の数のストレスを特定するために必要な遺伝子の最小数を判定する。アルゴリズムは確率論的かつ不完全であるので、最適な答えを生成する保証はないが、最適値に非常に近似した答えを常に生成するであろう。前記アルゴリズムはまた十分一貫しているので、実験間の統計的比較を可能にする。
用語:
N、使用する遺伝子の所定の数。
Eval、N個の遺伝子の順序集合を取り、一意的に特定されたストレスの数を返す。
Algorithm (A)
Determine the minimum number of genes required to identify a given number of stresses. Since the algorithm is probabilistic and incomplete, there is no guarantee that it will produce an optimal answer, but it will always produce an answer that is very close to the optimal value. The algorithm is also sufficiently consistent, allowing statistical comparisons between experiments.
the term:
N, the predetermined number of genes used.
Eval, takes an ordered set of N genes and returns the number of uniquely identified stresses.
ヒルクライマー(Hill Climber)(たとえば、Goldfeld, SM, Quandt RE and Trotter HF (1966) Econometrica 34 541;Prigel-Bennett A (2004) Theoretical Computer Science 320, 135-153参照)
1.N個の遺伝子のランダムな群を生成する。Nは使用される遺伝子の所定の数である。
2.前記群のN個の遺伝子の一つを、現在群の中に無い遺伝子と置き換える。
3.関数Evalで、工程2からの遺伝子の群を使用して、一意的に特定されたストレスの数を見出す。
4.工程2および3からの解が、現在保持されているものよりもさらによい解を生む場合、現在保持されている解を、工程2/3からの解と置き換える。
5.もしストレスすべてが一意的に特定されれば、解を報告し、終了し、さもなければ工程2へ行く。
Hill Climber (see, for example, Goldfeld, SM, Quandt RE and Trotter HF (1966) Econometrica 34 541; Prigel-Bennett A (2004) Theoretical Computer Science 320, 135-153)
1. Generate a random group of N genes. N is the predetermined number of genes used.
2. Replace one of the N genes in the group with a gene not currently in the group.
3. In the function Eval, the group of genes from step 2 is used to find the number of uniquely identified stresses.
4). If the solution from steps 2 and 3 yields a better solution than that currently held, replace the currently held solution with the solution from step 2/3.
5. If all the stresses are uniquely identified, report the solution and exit, otherwise go to step 2.
ヒルクライマーは、1万回のイタレーションで実行され、独立して1000回実行される。全ストレスを一意的に特定して、最適な解が見いだせないと、ほとんどのストレスを一意的に特定する解が返される。 The hill climber is executed with 10,000 iterations and is executed 1000 times independently. If all stresses are uniquely identified and no optimal solution is found, a solution that uniquely identifies most stress is returned.
本発明の第四の態様において、一つ以上の非定型成長条件を特定するための一つ以上のDNA遺伝子座群を特定する方法が提供され、前記方法は、
(a) 同時に、本発明の第一、第二、または第三の態様のうちの一つ以上の方法を行って、一つ以上のDNA遺伝子座群を一つ以上の非定型成長条件と関連させる工程か、または
(b)一つ以上の非定型成長条件で一つ以上のDNA遺伝子座群を特定するために、本発明の第一、第二、または第三の態様のうちの一つ以上における工程(viii)および(ix)の結果を組み合わせる工程
のいずれかの工程を含む。
In a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for identifying one or more DNA loci for identifying one or more atypical growth conditions, the method comprising:
(a) Simultaneously performing one or more of the first, second or third aspects of the present invention to associate one or more DNA loci with one or more atypical growth conditions Process to make or
(b) a step in one or more of the first, second, or third aspects of the invention (viii) to identify one or more DNA loci group under one or more atypical growth conditions (viii ) And (ix) are combined.
本発明の第五の態様において、一つ以上の非定型成長条件を特定するためのDNA遺伝子座群が提供され、前記DNA遺伝子座群は本明細書に記載するような方法に従って定義される。 In a fifth aspect of the present invention, a group of DNA loci for specifying one or more atypical growth conditions is provided, the group of DNA loci being defined according to a method as described herein.
本発明の第六の態様において、注目する細胞が曝露された一つ以上の非定型成長条件を特定する方法が提供され、前記方法は、
(i) 注目する細胞からDNAを単離する工程であって、前記細胞の成長条件が不明である、工程と;
(ii) 前記工程(i)の単離したDNA中の、メチル化できる遺伝子座群のメチル化状態を特定する工程と;
(iii) 前記工程(ii)で特定されたような遺伝子座のメチル化状態を、同一の遺伝子座群についての既知のメチル化状態群と比較する工程であって、前記既知のメチル化状態群は一つ以上のストレスの特徴を示している、工程と;
(iv) 注目する細胞が非定型成長条件(複数の非定型成長条件)に曝露されていたかどうかを特定する工程と
を含む。
In a sixth aspect of the invention, there is provided a method for identifying one or more atypical growth conditions to which a cell of interest has been exposed, said method comprising:
(i) a step of isolating DNA from the cell of interest, wherein the growth conditions of the cell are unknown;
(ii) identifying the methylation state of a group of loci that can be methylated in the isolated DNA of step (i);
(iii) comparing the methylation state of the locus as identified in step (ii) with a known methylation state group for the same locus group, the known methylation state group Is a process exhibiting one or more stress characteristics;
(iv) identifying whether the cell of interest has been exposed to atypical growth conditions (a plurality of atypical growth conditions).
好適には、前記工程(iv)はまた、前記細胞が曝露されていた非定型成長条件のタイプを特定する。 Suitably, step (iv) also identifies the type of atypical growth conditions to which the cells have been exposed.
本発明の第七の態様において、細胞が曝露された非定型成長条件の特定に、上記で定義されたようなDNA遺伝子座群を使用することが提供される。 In a seventh aspect of the invention, it is provided to use a group of DNA loci as defined above for the identification of atypical growth conditions to which cells have been exposed.
前記非定型成長条件への曝露が続行している、前記第六および第七の態様の使用または方法。 The use or method of the sixth and seventh aspects, wherein the exposure to the atypical growth conditions continues.
前記非定型成長条件への曝露は過去に(すなわち、テスト以前のある時に)起こったことである、前記第六および第七の態様の使用または方法。 The use or method of the sixth and seventh aspects, wherein the exposure to the atypical growth conditions has occurred in the past (ie at some time prior to the test).
広範囲の適用について非定型成長条件または細胞(または細胞が得られた組織/器官)を特定するために、前記DNA遺伝子座および関連する診断用メチル化パターンが使用されてもよい。前記特定は、現在および過去の曝露の両方を含んでもよく、前記非定型成長条件がサンプル中に存在しない場合も含み、以下を含むが、これらに限定されるわけではない:
−症候性または無症候性疾患の診断(詳細については下記を参照されたい)
−後天的な感染症感受性
−アレルギー
−加齢
−医薬品や毒物への曝露(事前の曝露は、活性成分が存在することを必要としない)
−運動能力向上薬への曝露。たとえば、ステロイド、ナンドロロン、エリスロポエチン、ニケタミド、カチン、クレンブテロール、ノルアンドロステロン、スタノゾロール、およびヒドロクロロチアジドなど(これらに限定されるわけではない)
−生物の農薬への曝露
−市販細胞株の状態のチェック
−生体医療目的で細胞株の生理学的状態を試験すること。この例としては、合成または分離幹細胞の生存能力、潜在能力、および/または分化全能性を調査する;移植について皮膚細胞株の潜在能力および能力を評価する;参照基準に対する標準的細胞株培養の均一な生理学的状態を確保する、などがあるが、これらに限定されるわけではない。
−前臨床試験‐予防、医療、または毒性の生化学用試薬に対する細胞株または器官または生物の好ましくない、または好ましい、非定型反応についてテストすること。
The DNA locus and associated diagnostic methylation pattern may be used to identify atypical growth conditions or cells (or tissues / organs from which the cells were obtained) for a wide range of applications. The identification may include both current and past exposures, including when the atypical growth conditions are not present in the sample, including but not limited to:
-Diagnosis of symptomatic or asymptomatic disease (see below for details)
-Acquired infection susceptibility-Allergies-Aging-Exposure to medicines and toxicants (prior exposure does not require the presence of active ingredients)
-Exposure to athletic performance-enhancing drugs. Examples include, but are not limited to, steroids, nandrolone, erythropoietin, niketamide, kachin, clenbuterol, norandrosterone, stanozolol, and hydrochlorothiazide.
-Exposure of organisms to pesticides-Checking the status of commercial cell lines-Testing the physiological status of cell lines for biomedical purposes. Examples of this include investigating the viability, potency, and / or totipotency of synthetic or isolated stem cells; assessing the potency and potency of skin cell lines for transplantation; uniformity of standard cell line cultures relative to a reference standard Such as, but not limited to, ensuring a healthy physiological state.
-Preclinical testing-testing for unwanted or favorable, atypical reactions of cell lines or organs or organisms to prophylactic, medical, or toxic biochemical reagents.
疾患の診断には、無症状、発症前、またはその他あいまいな症状という診断も含まれる。前記多数の例は、癌、代謝異常、潜伏感染(たとえば結核)を含むウイルスまたは細菌感染への曝露、ストレス関連疾患/障害、寄生生物による感染または侵入などの様々な形態の診断を含んでもよい。センチネルを使用して診断できる疾患の例としては、とりわけ以下のようなものがある:
−結核(症候性および無症候性感染)、髄膜炎、敗血症、クラミジアなど、症状を呈さないか症状が曖昧である、または症状が遅れて出る細菌性疾患。
−無症候段階または寛解期のものを含むすべてのタイプの癌。
−症状を呈さないか症状が曖昧である、または症状が遅れて出るウイルス性疾患。その例としては、HIV、ヘルペス、インフルエンザ、およびエボラなどがある。
−メチル化変化がすでに指摘されているため、当該システムが診断に役立つ疾患、たとえば白血病、頭部癌および頸部癌、ホジキン病、胃癌、前立腺癌、腎癌、膀胱癌、乳癌、バーキットリンパ腫、ウィルムス腫瘍、プラダー・ウィリー/アンジェルマン症候群、ICF症候群、皮膚線維腫、高血圧、小児神経生物学など。
Diagnosis of the disease includes the diagnosis of asymptomatic, pre-onset or other ambiguous symptoms. The numerous examples may include various forms of diagnosis such as cancer, metabolic abnormalities, exposure to viral or bacterial infections including latent infections (eg tuberculosis), stress related diseases / disorders, infection or infestation by parasites. . Examples of diseases that can be diagnosed using sentinel include, among others:
-Bacterial diseases, such as tuberculosis (symptomatic and asymptomatic infection), meningitis, sepsis, chlamydia, with no symptoms, vague symptoms, or delayed symptoms.
-All types of cancer, including those in the asymptomatic stage or in remission.
-Viral diseases that do not present symptoms, are ambiguous, or have delayed symptoms. Examples include HIV, herpes, influenza, and Ebola.
-Methylation changes have already been pointed out, so that the system is useful for diagnosis such as leukemia, head and neck cancer, Hodgkin's disease, stomach cancer, prostate cancer, kidney cancer, bladder cancer, breast cancer, Burkitt lymphoma Wilms tumor, Prader-Willi / Angelman syndrome, ICF syndrome, dermal fibroma, hypertension, pediatric neurobiology, etc.
本発明の第八の態様において、非定型成長条件を特定し識別するための異なるメチル化状態の遺伝子座のサブセットを選択するためのコンピュータープログラムが提供される。 In an eighth aspect of the invention, a computer program is provided for selecting a subset of loci of different methylation states for identifying and distinguishing atypical growth conditions.
本発明の第八の態様において、シロイヌナズナの細胞サンプルが曝露されていた一つ以上の非定型成長条件を特定するためのDNA遺伝子座群が提供され、異なるメチル化状態および/または発現の前記遺伝子座は、下記シロイヌナズナ遺伝子うちの一つ以上、たとえばすべての、内部またはその5kb上流/下流までに、位置する(Lister et al (2008)参照)。
AT2G15800
AT2G38240
AT5G54720
AT1G76650
AT3G31540
AT3G28820
AT5G02580
AT1G07120
AT1G61800
AT1G48110
AT5G28235
AT5G28430
AT5G28760
AT3G53300
AT5G46200
AT3G57260
AT4G02330
AT3G05400
AT5G25110
AT3G28770
AT5G62750
In an eighth aspect of the present invention, there is provided a DNA locus group for identifying one or more atypical growth conditions to which an Arabidopsis cell sample has been exposed, wherein the genes have different methylation status and / or expression. The locus is located in one or more of the following Arabidopsis genes, for example, all in or up to 5 kb upstream / downstream (see Lister et al (2008)).
AT2G15800
AT2G38240
AT5G54720
AT1G76650
AT3G31540
AT3G28820
AT5G02580
AT1G07120
AT1G61800
AT1G48110
AT5G28235
AT5G28430
AT5G28760
AT3G53300
AT5G46200
AT3G57260
AT4G02330
AT3G05400
AT5G25110
AT3G28770
AT5G62750
本発明のさらなる態様において、前記態様のいずれかの方法であって、前記遺伝子座群が第九の態様で定義され、前記遺伝子座は、シロイヌナズナの注目する細胞における前記非定型成長条件または生理学的/表現型応答を特定するために使用される。または、前記遺伝子座は、シロイヌナズナ以外の植物種からの注目する細胞における前記非定型成長条件または生理学的/表現型応答を特定するために使用される。 In a further aspect of the present invention, the method according to any one of the preceding aspects, wherein the locus group is defined in the ninth aspect, wherein the locus is the atypical growth condition or physiological in the cell of interest of Arabidopsis thaliana Used to identify / phenotype response. Alternatively, the locus is used to identify the atypical growth condition or physiological / phenotypic response in cells of interest from plant species other than Arabidopsis.
本発明のさらなる態様において、ヒトの細胞サンプルが曝露されていた一つ以上の非定型成長条件を特定するためのDNA遺伝子座群が提供され、異なるメチル化状態および/または発生の前記遺伝子座は、下記ヒト遺伝子または染色体座位のうちの一つ以上、たとえばすべての、内部またはその5kb上流/下流までに位置する(Eckhardt et al. (2006))
ZNRF3
SLC7A4
Myosin-18B(MYO18B)
Glycoprotein Ib (platelet), beta polypeptide
RP1-47A17.8
OncostatinM(OSM)
CTA-299D3.6
CTA-941F9.6
Cytohesin-4
PIB5PA
SUSD2
chr 22:35,256,796-35,277,053,NCBI 36
RP3-438O4.2
RP4-756G23.1
Somatostatin receptor type 3 (SSTR3)
Bcl-2 interacting killer (BIK)
GAS2L1
RP3-355C18.2
Gamma-parvin
CARMA 3
TMPRSS6
Platelet-derived growth factor B chain precursor (PDGFB)
CELSR1 Cadherin
T-box transcription factor (TBX1)
Q6ZRW2_HUMAN
NKG2DL4 (RAET1E)
DAAM2
RP1-47M23.1
RP11-397G17.1
Nesprin-1 (Syne-1)
Myogenic repressor I-mf (MDFI)
RP11-174C7.4
CMAH
PKHD1
Glutathione peroxidase 5
GRIK2
SLC22A1
RP11-235G24.1
TBX18
TGM3
RIN2
SLC24A3
Q9ULE8_HUMAN
C20orf117
Breast carcinoma amplified sequence 4 (BCAS4)
Nuclear factor of activated Tcells (NFATC2)
SCUBE1
JAG1
In a further aspect of the invention, a group of DNA loci are provided for identifying one or more atypical growth conditions to which a human cell sample has been exposed, wherein the loci of different methylation status and / or development are , Located in one or more of the following human genes or chromosomal loci, eg, all or up to 5 kb upstream / downstream (Eckhardt et al. (2006))
ZNRF3
SLC7A4
Myosin-18B (MYO18B)
Glycoprotein Ib (platelet), beta polypeptide
RP1-47A17.8
OncostatinM (OSM)
CTA-299D3.6
CTA-941F9.6
Cytohesin-4
PIB5PA
SUSD2
chr 22: 35,256,796-35,277,053, NCBI 36
RP3-438O4.2
RP4-756G23.1
Somatostatin receptor type 3 (SSTR3)
Bcl-2 interacting killer (BIK)
GAS2L1
RP3-355C18.2
Gamma-parvin
CARMA 3
TMPRSS6
Platelet-derived growth factor B chain precursor (PDGFB)
CELSR1 Cadherin
T-box transcription factor (TBX1)
Q6ZRW2_HUMAN
NKG2DL4 (RAET1E)
DAAM2
RP1-47M23.1
RP11-397G17.1
Nesprin-1 (Syne-1)
Myogenic repressor I-mf (MDFI)
RP11-174C7.4
CMAH
PKHD1
Glutathione peroxidase 5
GRIK2
SLC22A1
RP11-235G24.1
TBX18
TGM3
RIN2
SLC24A3
Q9ULE8_HUMAN
C20orf117
Breast carcinoma amplified sequence 4 (BCAS4)
Nuclear factor of activated Tcells (NFATC2)
SCUBE1
JAG1
本発明の別の態様によると、生体サンプルが受けてきた曝露の診断および特性明瞭化のために生物のゲノムDNA内に位置する標的DNA配列群をコンパイルし使用するための方法と、および/または組織(または複数の組織)または細胞(または複数の細胞)の属性または由来とが提供され、前記方法は、メチル化状態を有するDNA配列を選択することを含み、前記メチル化状態はサンプル間でばらつきがあるが単独の条件(生体サンプルが受けた曝露)やソース(組織(または複数の組織)または細胞(または複数の細胞)の属性と由来)を個別的に診断付けるわけではないような方法である。 According to another aspect of the present invention, a method for compiling and using a target DNA sequence group located within an organism's genomic DNA for diagnosis and characterization of exposures received by a biological sample, and / or An attribute or origin of a tissue (or tissues) or cells (or cells) is provided, the method comprising selecting a DNA sequence having a methylation state, wherein the methylation state is between samples Methods that vary but do not individually diagnose a single condition (exposure received by a biological sample) or source (attributes and origins of tissue (or tissues) or cells (or cells)) It is.
本発明の別の態様によると、組織(または複数の組織)または細胞(または複数の細胞)の属性または由来の診断および特性明瞭化のために生物のゲノムDNA内に位置する標的DNA配列群をコンパイルし使用するための方法が提供され、前記方法は、メチル化状態を有するDNA配列を選択することを含み、前記メチル化状態はサンプル間でばらつきがあるが単独のソース(組織(または複数の組織)または細胞(または複数の細胞)の属性と由来)を個別的に診断付けるわけではないような方法である。 According to another aspect of the present invention, a group of target DNA sequences located within the genomic DNA of an organism for diagnosis and characterization of the attribute or origin of the tissue (or tissues) or cells (or cells) is provided. A method for compiling and using is provided, the method comprising selecting a DNA sequence having a methylation state, wherein the methylation state varies from sample to sample but to a single source (tissue (or multiples). It is a method that does not individually diagnose tissue) or cell (or cell) attributes and origins).
本発明の別の態様によると、生体サンプルが受けてきた曝露の診断および特性明瞭化のために生物のゲノムDNA内に位置する標的DNA配列群をコンパイルし使用するための方法が提供され、前記方法は、メチル化状態を有するDNA配列を選択することを含み、前記メチル化状態はサンプル間でばらつきがあるが単独の条件(生体サンプルが受けた曝露)や単一の条件(生体サンプルが受けてきた曝露)を個別的に診断付けるわけではないような方法である。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for compiling and using target DNA sequences located within an organism's genomic DNA for diagnosis and characterization of exposures received by a biological sample, The method includes selecting a DNA sequence having a methylation state, wherein the methylation state varies from sample to sample, but is subject to a single condition (exposure received by a biological sample) or a single condition (a biological sample is subject to reception). It is a method that does not diagnose individual exposures).
本発明の別の態様によると、組織(または複数の組織)および/または細胞(または複数の細胞)の属性または由来の診断および特性明瞭化のために生物のゲノムDNA内に位置する標的DNA配列群をコンパイルし使用するための方法が提供され、前記方法は、
(i) 既知であるが異なる属性または由来の細胞の二つ以上のサンプルからDNAを単離する工程と;
(ii) 各サンプルの前記単離したDNA中のメチル化可能な遺伝子座のメチル化状態を特定する工程と;
(iii) 各サンプルからの単離したDNAの前記メチル化状態を比較する工程と;
(iv) 遺伝子座のサブセットを選択する工程であって、サンプル間でばらつきがあるが単一の属性または由来を個別的に診断付けるわけではないメチル化状態によって特徴付けられている、工程と、
を含む。
According to another aspect of the invention, a target DNA sequence located within the genomic DNA of an organism for diagnosis and characterization of the attribute or origin of tissue (or tissues) and / or cells (or cells) A method is provided for compiling and using a group, the method comprising:
(i) isolating DNA from two or more samples of cells of known but different attributes or origins;
(ii) identifying the methylation status of a methylatable locus in the isolated DNA of each sample;
(iii) comparing the methylation status of isolated DNA from each sample;
(iv) selecting a subset of loci, characterized by a methylation status that varies between samples but does not individually diagnose a single attribute or origin; and
including.
本発明の別の態様において、非定型成長条件(ストレス)を特定するためのDNA遺伝子座(ストレスセンチネル)群を特定する方法が提供され、前記方法は、
(i) 対照成長条件下で、注目する細胞のサンプルを成長させる工程と;
(ii) 工程(i)の注目する細胞と同じ細胞のサンプルを、少なくとも一つの非定型成長条件のある環境で成長させる工程と;
(iii) 工程(i)および(ii)の各細胞サンプルからDNAを単離する工程と;
(iv) 前記工程(iii)の単離したDNA中の、メチル化できる遺伝子座の、メチル化状態を特定する工程と;
(v) 前記工程(i)および(ii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する工程と;
(vi) 遺伝子座のサブセットを選択する工程であって、前記遺伝子座のサブセットは、前記工程(ii)からの単離したDNAにおいて前記工程(i)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていることが特徴であり、かつ、前記サブセットの中の各遺伝子座は、ある非定型成長条件に応答してメチル化状態を変化させるが、他の非定型成長条件に対してはそうしない、工程と
を含む。
In another aspect of the present invention, there is provided a method for identifying a DNA locus (stress sentinel) group for identifying an atypical growth condition (stress), the method comprising:
(i) growing a sample of the cell of interest under control growth conditions;
(ii) growing a sample of the same cell as the cell of interest in step (i) in an environment with at least one atypical growth condition;
(iii) isolating DNA from each cell sample of steps (i) and (ii);
(iv) identifying the methylation state of the locus that can be methylated in the isolated DNA of step (iii);
(v) comparing the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (ii);
(vi) selecting a subset of loci, wherein the subset of loci is an isolated DNA from step (ii) that is different from the isolated DNA from step (i) The methylation status is different and each locus in the subset changes the methylation status in response to certain atypical growth conditions, but relative to other atypical growth conditions A process that does not.
必要に応じて、前記方法は、
(vii) 前記選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態を、前記遺伝子座を選択するためには使用されなかった、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせと関連させる工程、
を含む。
Optionally, the method
(vii) methylation status of a subset of the selected loci, the atypical growth conditions (a plurality of atypical growth conditions) that were not used to select the loci, and / or tissues / Associating with cell types and / or combinations thereof;
including.
本発明の別の態様において、特定の非定型成長条件(ストレス)を特定するためのDNA遺伝子座(ストレスセンチネル)群を特定する方法が提供され、前記方法は、
(i) 対照成長条件下で、注目する細胞の複数のサンプルを成長させる工程であって、前記複数の注目する細胞は異なる遺伝子型を有する、工程と;
(ii) 工程(i)のように注目する細胞の複数のサンプルを成長させる工程であって、前記細胞は少なくとも一つの非定型成長条件のある環境にある、工程と;
(iii) 工程(i)および(ii)の各細胞サンプルからDNAを単離する工程と;
(iv) 前記工程(iii)の単離したDNA中の、メチル化できる遺伝子座の、メチル化状態を特定する工程と;
(v) 前記工程(i)および(ii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する、または、前記工程(i)および(iii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する、もしくは前記工程(ii)および(iii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する工程と;
(vi) 遺伝子座のサブセットを選択する工程であって、前記サブセットは、前記工程(ii)からの単離したDNAにおいて前記工程(i)または(iii)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていること;および/または前記工程(iii)からのDNAにおいて前記工程(i)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていること、が特徴であり、かつ、前記サブセットの中の各遺伝子座は、ある非定型成長条件に応答してメチル化状態を変化させるが、他の非定型成長条件に対してはそうしない、工程と;
を含む。
In another aspect of the present invention, there is provided a method for identifying a DNA locus (stress sentinel) group for identifying a specific atypical growth condition (stress), the method comprising:
(i) growing a plurality of samples of cells of interest under control growth conditions, wherein the plurality of cells of interest have different genotypes;
(ii) growing a plurality of samples of the cell of interest as in step (i), wherein the cell is in an environment with at least one atypical growth condition;
(iii) isolating DNA from each cell sample of steps (i) and (ii);
(iv) identifying the methylation state of the locus that can be methylated in the isolated DNA of step (iii);
(v) compare the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (ii) or compare the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (iii) Or comparing the methylation status of the isolated DNA from steps (ii) and (iii) above;
(vi) selecting a subset of loci, wherein the subset is a locus that is different from the isolated DNA from step (i) or (iii) in the isolated DNA from step (ii); And / or the DNA from step (iii) is different in the methylation state of the locus from the isolated DNA from step (i). And each locus in the subset changes the methylation status in response to certain atypical growth conditions, but not to other atypical growth conditions; and
including.
必要に応じて、
(viii) 前記選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態を、前記遺伝子座を選択するためには使用されなかった、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせと関連させる工程、
がさらにある。
If necessary,
(viii) methylation status of a subset of the selected loci, the atypical growth conditions (multiple atypical growth conditions) that were not used to select the loci, and / or tissues / Associating with cell types and / or combinations thereof;
There is more.
本発明の別の態様において、複数の非定型成長条件を特定するためのDNA遺伝子座群を特定する方法が提供され、前記方法は、
(i) 対照成長条件下で、注目する細胞のサンプルを成長させる工程と;
(ii) 工程(i)の注目する細胞と同じ細胞の複数のサンプルを、少なくとも一つの非定型成長条件のある環境で成長させる工程であって、各サンプルは異なる非定型成長条件中で成長させられる、工程と;
(iii) 工程(i)および(ii)の各細胞サンプルからDNAを単離する工程と;
(iv) 前記工程(iii)の単離したDNA中の、メチル化できる遺伝子座の、メチル化状態を特定する工程と;
(v) 前記工程(i)および(ii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する工程と;
(vi) 遺伝子座のサブセットを選択する工程であって、前記遺伝子座のサブセットは、前記工程(ii)の各サンプルからの単離したDNAにおいて前記工程(i)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていることが特徴であり、かつ、前記サブセットの中の各遺伝子座は、ある非定型成長条件に応答してメチル化状態を変化させるが、他の非定型成長条件に対してはそうしない、工程と
を含む。
In another aspect of the present invention, there is provided a method of identifying a group of DNA loci for identifying a plurality of atypical growth conditions, the method comprising:
(i) growing a sample of the cell of interest under control growth conditions;
(ii) A step of growing a plurality of samples of the same cell as the cell of interest in step (i) in an environment having at least one atypical growth condition, wherein each sample is grown in a different atypical growth condition. A process;
(iii) isolating DNA from each cell sample of steps (i) and (ii);
(iv) identifying the methylation state of the locus that can be methylated in the isolated DNA of step (iii);
(v) comparing the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (ii);
(vi) selecting a subset of loci, wherein the subset of loci is the isolated DNA from each sample of step (ii) and the isolated DNA from step (i) It is characterized by the different methylation status of the loci, and each locus in the subset changes the methylation status in response to certain atypical growth conditions, while other atypical growths A process that does not do so for conditions.
必要に応じて、
(vii) 前記選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態を、前記遺伝子座を選択するためには使用されなかった、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせと関連させる工程、
がさらにある。
If necessary,
(vii) methylation status of a subset of the selected loci, the atypical growth conditions (a plurality of atypical growth conditions) that were not used to select the loci, and / or tissues / Associating with cell types and / or combinations thereof;
There is more.
好適には、選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態が集団的に、前記遺伝子座を選択するためには使用されなかった、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせを診断付ける。 Preferably, the atypical growth conditions (multiple atypical growth conditions), wherein the methylation status of the selected subset of loci has not been used collectively to select the loci, and / or Or diagnose the tissue / cell type and / or combinations thereof.
好適には、選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態が集団的に、前記遺伝子座を選択するために使用された、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせを診断付ける。 Preferably, the atypical growth conditions (multiple atypical growth conditions) and / or tissue wherein the methylation status of the selected subset of loci is used collectively to select the loci Diagnose / cell type and / or combinations thereof.
好適には、選択された遺伝子座のサブセットのメチル化状態が、(i)前記遺伝子座を選択するためには使用されなかった、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせと; (ii)前記遺伝子座を選択するために使用された、前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)、および/または組織/細胞型、および/またはそれらの組み合わせとを、診断付ける。 Preferably, the methylation status of a selected subset of loci is: (i) the atypical growth conditions (a plurality of atypical growth conditions) that were not used to select the locus, and / or Or a tissue / cell type and / or a combination thereof; (ii) the atypical growth conditions (a plurality of atypical growth conditions) and / or tissue / cell type used to select the locus And / or combinations thereof are diagnosed.
好適には、本発明の方法は、前記遺伝子座のサブセットを選択するために、異なるストレス、組織型または細胞型を、少なくとも約2個、少なくとも約3個、少なくとも約4個、少なくとも約5個、少なくとも約6個、少なくとも約7個、少なくとも約8個、少なくとも約9個、少なくとも約10個、少なくとも約15個、少なくとも約20個、少なくとも約30個、少なくとも約40個、少なくとも約50個、またはそれ以上使用することを含む。 Preferably, the method of the invention uses at least about 2, at least about 3, at least about 4, at least about 5 different stresses, tissue types or cell types to select a subset of said loci. At least about 6, at least about 7, at least about 8, at least about 9, at least about 10, at least about 15, at least about 20, at least about 30, at least about 40, at least about 50 Including using or more.
たとえば、いくつかの実施形態においては、本発明の方法は、前記遺伝子座のサブセットを選択するために、異なるストレス、組織型または細胞型を、1〜約10,000個、好適には約10〜約500個、より好適には約30〜約100個使用することを含む。 For example, in some embodiments, the methods of the present invention employ 1 to about 10,000, preferably about 10 to about, different stresses, tissue types or cell types to select a subset of said loci. Use of 500, more preferably from about 30 to about 100.
本明細書に記載したように、好適な実施形態において、前記遺伝子座のサブセットの中の各遺伝子座は、単一の条件のみを診断付けるわけではない。 As described herein, in preferred embodiments, each locus in the subset of loci does not diagnose only a single condition.
好適には、前記遺伝子座のサブセットの中の各遺伝子座は、下記特徴のうち一つ以上、たとえば二つ以上、三つ以上、四つ以上、五つ以上、六つ以上、七つまたは八つを有する。
(i) 同一器官からの同一組織型については、同一のストレスに対して同様に応答してメチル化状態を再現可能に変化させる。
(ii) 同一時に同一個体からの同一組織から採取された複製サンプル間でのメチル化状態に、ばらつきを示さないか、好適には20%未満のばらつきをしめす。
(iii) 容易に検出される異なるストレス状態、または、細胞(複数の細胞)および/または組織(複数の組織)の属性または由来と関連した定性的メチル化変化を生む。
(iv) 容易に検出される異なるストレス状態、または、細胞(複数の細胞)および/または組織(複数の組織)の属性または由来と関連した顕著な定量的メチル化変化を生む。
(v) あるストレスに対して応答してメチル化状態を変化させるが、ほかのストレスについてはそうしない(好適には、ストレスの15〜85%について、より好適には、ストレスの25〜75%について、最も好適には、ストレスの40〜60%について変化させる)。
(vi) (a)生物のストレス応答経路、(b)細胞(複数の細胞)および/または組織(複数の組織)のタイプの、好適には大部分を、理想的にはすべてを、表すメチル化のある遺伝子座を含む。
(vii) 生物の各組織/器官型について別々に組み立てられる。
(viii) 特定の組織、器官、または発生段階に対しての使用のみを意図していない限り、組織/発生段階の間でばらつきが無く、好適にはばらつきが10%未満である。
Preferably, each locus in said subset of loci has one or more of the following characteristics, such as two or more, three or more, four or more, five or more, six or more, seven or eight: Have one.
(i) For the same tissue type from the same organ, the methylation state is reproducibly changed in response to the same stress in the same manner.
(ii) The methylation state between replicate samples taken from the same tissue from the same individual at the same time does not show any variation or preferably shows a variation of less than 20%.
(iii) produce qualitative methylation changes associated with different easily detected stress conditions or attributes or origins of cells (multiple cells) and / or tissues (multiple tissues).
(iv) Produces significant quantitative methylation changes associated with different easily detected stress conditions or attributes or origins of cells (multiple cells) and / or tissues (multiple tissues).
(v) changes methylation status in response to certain stresses but not other stresses (preferably for 15-85% of stress, more preferably 25-75% of stress) Most preferably, it is varied for 40-60% of the stress).
(vi) (a) methyl, which represents the organism's stress response pathway, (b) the cell (s) and / or tissue (s) types, preferably most, ideally all Includes genetic loci.
(vii) Assembled separately for each tissue / organ type of the organism.
(viii) There is no variability between tissues / development stages, preferably less than 10%, unless intended for use only with specific tissues, organs, or developmental stages.
好適には、前記遺伝子座のサブセットの中の遺伝子座のいずれも、なんらかの一つのストレス、原料物質、または生理学的状態を個別に診断付けることはない。 Preferably, none of the loci in the subset of loci individually diagnose any single stress, source material, or physiological condition.
好適には、前記遺伝子座のサブセットは、一つのストレス、原料物質、または生理学的状態を使用して特定できるけれども、異なるストレス、原料物質、または生理学的状態に曝露されたサンプルに適用される時にもなお診断特性を保持している。 Preferably, the subset of loci can be identified using a single stress, source material, or physiological condition, but when applied to a sample exposed to a different stress, source material, or physiological condition. Still retains diagnostic properties.
好適には、前記遺伝子座のサブセットの各遺伝子座は、前記遺伝子座の選択に使用されたストレスまたはサンプル源のほぼ半数に現れ、ストレスを相補的に分離する。 Preferably, each locus of the subset of loci appears in approximately half of the stress or sample source used to select the locus, and separates the stresses in a complementary manner.
本発明によってさらに提供されるのは、本明細書に記載される方法によって特定されるDNA配列の一つ以上の群、または遺伝子座の一つ以上のサブセットである。また、前記一つ以上の標的DNA配列または遺伝子座の一つ以上のサブセットを、本明細書中に記載される応用に使用することも提供され、たとえば本明細書中の他の箇所にも記載されているように、下記の一つ以上の応用に使用される
−症候性または無症候性疾患の診断(詳細については下記を参照されたい)
−後天的な感染症感受性
−アレルギー
−加齢
−医薬品や毒物への曝露(事前の曝露は、活性成分が存在することを必要としない)
−運動能力向上薬への曝露。たとえば、ステロイド、ナンドロロン、エリスロポエチン、ニケタミド、カチン、クレンブテロール、ノルアンドロステロン、スタノゾロール、およびヒドロクロロチアジド
−生物の農薬への曝露
−市販細胞株の状態のチェック
−生体医療目的で細胞株の生理学的状態を試験すること。この例としては、合成または分離幹細胞の生存能力、潜在能力、および/または分化全能性を調査する;移植について皮膚細胞株の潜在能力および能力を評価する;参照基準に対する標準的細胞株培養の均一な生理学的状態を確保する、などがあるが、これらに限定されるわけではない。
−前臨床試験‐予防、医療、または毒性の生化学用試薬に対する細胞株または器官または生物の好ましくない、または好ましい、非定型反応について試験すること。
Further provided by the present invention is one or more groups of DNA sequences or one or more subsets of loci identified by the methods described herein. It is also provided that one or more subsets of the one or more target DNA sequences or loci are used for the applications described herein, for example as described elsewhere herein. As used in one or more of the following applications:-Diagnosis of symptomatic or asymptomatic disease (see below for details)
-Acquired infection susceptibility-Allergies-Aging-Exposure to medicines and toxicants (prior exposure does not require the presence of active ingredients)
-Exposure to athletic performance-enhancing drugs. For example, steroids, nandrolone, erythropoietin, niketamide, katin, clenbuterol, norandrosterone, stanozolol, and hydrochlorothiazide-biological exposure to pesticides-checking the status of commercial cell lines-testing the physiological status of cell lines for biomedical purposes To do. Examples of this include investigating the viability, potency, and / or totipotency of synthetic or isolated stem cells; assessing the potency and potency of skin cell lines for transplantation; uniformity of standard cell line cultures relative to a reference standard Such as, but not limited to, ensuring a healthy physiological state.
-Preclinical testing-to test for undesirable or favorable, atypical responses of cell lines or organs or organisms to prophylactic, medical, or toxic biochemical reagents.
本発明は、付随する図および実施例に示される。実施例の教示が決して本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきではないことを理解されたい。 The invention is illustrated in the accompanying figures and examples. It should be understood that the teachings of the examples should in no way be construed as limiting the scope of the invention.
実施例
下記の実施例に適用可能な分子生物学に使用される方法は、当業者に公知である。当業者に公知の従来の分子生物学、微生物学、および組み換えDNA技術を記載している包括的論文には、たとえば以下のようなものがある:Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (2001); Glover ed., DNA Cloning: Practical Approach, Volumes I and II, MRL Press, Ltd., Oxford, U.K. (1985); and Ausubel, F., Brent, R., Kingston, R.E., Moore, D.D., Seidman, J.GT., Smith J.A., Struhl, K. Current protocols in molecular biology. Green Publishing Associates/Wiley Intersciences, New York.
Examples Methods used in molecular biology applicable to the examples below are known to those skilled in the art. Comprehensive articles describing conventional molecular biology, microbiology, and recombinant DNA technology known to those skilled in the art include, for example: Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (2001); Glover ed., DNA Cloning: Practical Approach, Volumes I and II, MRL Press, Ltd., Oxford, UK (1985); and Ausubel, F., Brent, R., Kingston, RE, Moore, DD, Seidman, J.GT., Smith JA, Struhl, K. Current protocols in molecular biology.Green Publishing Associates / Wiley Intersciences, New York.
実施例1 − シロイヌナズナにおけるストレス特定用のメチル化感受性増幅断片長多型
候補のセンチネルDNAメチル化マーカーを組み立て、シロイヌナズナ(生態型:Columbia)のコホートを二つの相違する外的ストレスに曝露し、得られたMSAP(メチル化感受性増幅多型)プロファイル中の差次的マーカーを検査する。ストレスを与えられたテスト対象物のメチル化プロファイルは、互いに比較され、かつ標準的な実験条件下で成長した参照(対照)集団と比較された。特徴が明瞭化されていないストレス下で成長した植物を診断するためのセンチネルマーカーの能力(本方法の例証)が、ストレスを与えられた第三の集団を参照することにより、確認された。このように、候補センチネルの4つの群を組み立ててテストすることができた(ストレスを与えられた3つの集団のうちの二つから選択され、第三の集団に照らしてテストされたセンチネル)。
Example 1-Methylation-sensitive amplified fragment length polymorphism for stress identification in Arabidopsis
Assembling candidate sentinel DNA methylation markers, exposing a cohort of Arabidopsis thaliana (ecotype: Columbia) to two different external stresses, and differential markers in the resulting MSAP (methylation sensitive amplification polymorphism) profile Inspect. The methylation profiles of the stressed test subjects were compared with each other and with a reference (control) population grown under standard experimental conditions. The ability of the sentinel marker to diagnose plants grown under uncharacterized stress (exemplification of the method) was confirmed by reference to a stressed third population. In this way, four groups of candidate sentinels could be assembled and tested (sentinel selected from two of the three stressed populations and tested against a third population).
植物の成長
4cm×4cmのセルが24個あるトレイの各セルに2つずつ植物体を成長させる。底面給水用に、セルを一つ取り除く。このように、各処理ごとに46個の植物体があった。種子を4℃で発芽させ、温室で1週間成長させ、その後4つの管理された生育箱中の実験条件下へ移された。前記植物体は開花を抑制するために日長8時間(約70 μmol/m2/s)で成長させた。
Plant Growth Two plants are grown in each cell of a tray having 24 4 cm × 4 cm cells. Remove one cell for bottom water supply. Thus, there were 46 plants for each treatment. Seeds were germinated at 4 ° C., grown for 1 week in a greenhouse and then transferred to experimental conditions in 4 controlled growth boxes. The plant body was grown at a day length of 8 hours (about 70 μmol / m 2 / s) to suppress flowering.
前記4つの生育箱のうち3つの温度を22℃に設定した;4番目の生育箱(温度をストレスとしてテストする)を下記のように設定した。前記植物体を少しずつ異なる条件下で二つの分離したロットで成長させた。 Three of the four growth boxes were set at 22 ° C .; a fourth growth box (tested with temperature as stress) was set as follows. The plants were grown in two separate lots under slightly different conditions.
DNA抽出
DNAの抽出はすべてQiagen社のキットを使用し、製造者の指示にしたがって行った。各処理につき全46個の植物体から、シロイヌナズナサンプルからのDNA抽出を行うために、DNeasy(登録商標)社のプラントミニキットを使用した。下記に示す試薬はすべてこのキットからのものである。
DNA extraction All DNA extractions were performed using Qiagen kits according to the manufacturer's instructions. A DNeasy® plant mini kit was used to extract DNA from Arabidopsis samples from a total of 46 plants for each treatment. All reagents listed below are from this kit.
約100mgの植物体組織を、はさみを使用して1.5ml遠心分離管の液体窒素中で破壊した。すぐに、前記組織を融かさずに、65℃に予備加熱した400μlの溶解バッファーAP1と4μlのリボヌクレアーゼAとを各管に加えた。前記内容物を反転により混合し、2〜3分ごとに時折混合しながら、65℃で10分間培養した。 Approximately 100 mg of plant tissue was disrupted in liquid nitrogen in a 1.5 ml centrifuge tube using scissors. Immediately without melting the tissue, 400 μl lysis buffer AP1 and 4 μl ribonuclease A preheated to 65 ° C. were added to each tube. The contents were mixed by inversion and incubated at 65 ° C. for 10 minutes with occasional mixing every 2-3 minutes.
これに続いて、AP2バッファーを130μl、各サンプルに加え、各管を5分間氷の上で培養し、タンパク質と多糖類とを沈殿させた。それから管は13,000rpmで5分間遠心分離にかけ、粘性の溶解物を沈殿させた。 Following this, 130 μl of AP2 buffer was added to each sample and each tube was incubated on ice for 5 minutes to precipitate proteins and polysaccharides. The tube was then centrifuged at 13,000 rpm for 5 minutes to precipitate the viscous lysate.
QIAshredder(商標)カラム(シリカゲルマトリクス付)へ前記上清を移し、13,000rpmで2分間遠心分離にかけて沈殿物と細胞残屑とを除去した。カラム中の流動物は回収されて新しい管へ移され、体積の0.5の洗浄バッファーおよび体積の1のエタノールと混合した。この混合物を、第二のDNeasyミニ回転カラムへ写し、8,000rpmで1分間遠心分離にかけた。DNA分子がカラム上に保持されているため、前記流動物を廃棄した。500μlの洗浄バッファーAWを前記カラムに通し8,000rpmで1分間遠心分離を行って、付着しているDNAを2度洗った。 The supernatant was transferred to a QIAshredder ™ column (with silica gel matrix) and centrifuged at 13,000 rpm for 2 minutes to remove precipitates and cell debris. The fluid in the column was collected and transferred to a new tube and mixed with a volume of 0.5 wash buffer and a volume of 1 ethanol. This mixture was transferred to a second DNeasy mini rotary column and centrifuged at 8,000 rpm for 1 minute. Since the DNA molecules are retained on the column, the fluid was discarded. 500 μl of washing buffer AW was passed through the column and centrifuged at 8,000 rpm for 1 minute to wash the adhering DNA twice.
続いて、65℃に予備加熱した100μlのバッファーAEを加えて室温で5分間培養したのちに、前記膜を13,000rpmで1分間遠心分離にかけて乾燥させた。 Subsequently, 100 μl of buffer AE preheated to 65 ° C. was added and incubated at room temperature for 5 minutes, and then the membrane was dried by centrifugation at 13,000 rpm for 1 minute.
アガロースゲルによる定量化
DNAのアリコート(1〜5μl)を1%(w/v)アガロースゲル電気泳動にかけ、存在するDNAの質および量を判定した。前記ゲルは、アガロースの適量を1(TAEバッファー(40mMトリスアセテート、1mM EDTA)の適当な体積中に溶解し、その後前記アガロースが融解するまで電子レンジ中で加熱することにより、調製した。前記ゲル溶液は、50℃まで冷却してから10mg/ml臭化エチジウム溶液を加えて、最終的に0.35μg/mlの濃度にし、その後、適当なコームを設置してローディングウェルを作成したキャスティングトレイに注入した。
Agarose gel quantified DNA aliquots (1-5 μl) were subjected to 1% (w / v) agarose gel electrophoresis to determine the quality and quantity of DNA present. The gel was prepared by dissolving an appropriate amount of agarose in an appropriate volume of 1 (TAE buffer (40 mM Tris Acetate, 1 mM EDTA) and then heating in a microwave until the agarose melted. The solution is cooled to 50 ° C. and then added with a 10 mg / ml ethidium bromide solution to a final concentration of 0.35 μg / ml. After that, an appropriate comb is placed on a casting tray on which a loading well is created. Injected.
セットすると、前記ゲルは、陰極端部にゲルコームを備えた水平電気泳動装置へ移動した。前記ゲルコームを取り除き、十分な量の1(TAEバッファーを電極チャンバに加えて、前記ゲルを約1mmで覆うようにした。調製したDNAサンプル(5μlDNA:1μl青色ローディングダイ[0.23%(w/v)ブロモフェノールブルー、60mM EDTA、40%(w/v)スクロース])をゲルウェルにロードした。HyperLadderII(Bioline, BIO-33040)サイズマーカーを隣のレーンにロードした。前記ゲルを3〜5V/cmの範囲の一定の電圧で15〜60分電気泳動させた。前記DNAを、紫外線トランスイルミネータ(波長320nm)を使用して可視化した。 When set, the gel moved to a horizontal electrophoresis apparatus equipped with a gel comb at the cathode end. The gel comb was removed and a sufficient amount of 1 (TAE buffer was added to the electrode chamber to cover the gel with approximately 1 mm. Prepared DNA sample (5 μl DNA: 1 μl blue loading dye [0.23% (w / v) Bromophenol blue, 60 mM EDTA, 40% (w / v) sucrose]) was loaded into the gel well, HyperLadder II (Bioline, BIO-33040) size marker was loaded into the adjacent lane. Electrophoresis was performed at a constant voltage in the range of cm for 15 to 60 minutes, and the DNA was visualized using an ultraviolet transilluminator (wavelength 320 nm).
メチル化感受性増幅断片長多型
Vos et al (1995)によって記載されたAFLPプロトコルに基づき、ただし同じ認識モチーフを標的にしたアイソシゾマーを使用して、処理ごとにランダムに選択した8個のDNAサンプルについてメチル化感受性増幅断片長多型(AFLP)を行った。
Methylation-sensitive amplified fragment length polymorphism
Methylation-sensitive amplified fragment length polymorphisms for 8 DNA samples randomly selected per treatment based on the AFLP protocol described by Vos et al (1995), but using isoschizomers targeted to the same recognition motif (AFLP) was performed.
この技術の基礎となっているのは、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)増幅によってゲノムDNAの制限断片を検出することである。これは、限定的な汎用プライマー群を使用して何らかの由来または複雑系のDNAから指紋を作成することを可能にし、事前に配列を知ることは不要とする。メチル化に感度を有する制限酵素の使用により、この方法をメチル化検出に適用できる。 The basis of this technique is to detect restriction fragments of genomic DNA by polymerase chain reaction (PCR) amplification. This makes it possible to create a fingerprint from DNA of any origin or complexity using a limited set of general purpose primers, without the need to know the sequence in advance. This method can be applied to methylation detection through the use of restriction enzymes that are sensitive to methylation.
前記DNAを、シトシンメチル化に感受性のある、レアカッター一つと一般的なカッター一つの、二つの制限酵素によって制限した。一般的なカッターの、シトシンメチル化の異なるタイプに感度を有するアイソシゾマーを使用して、二つの異なる制限を行った。酵素はすべてカナダのFermentas社から取得した。 The DNA was restricted by two restriction enzymes, one rare cutter and one common cutter, sensitive to cytosine methylation. Two different limitations were made using isoschizomers that are sensitive to different types of cytosine methylation in a common cutter. All enzymes were obtained from Fermentas, Canada.
Mspl酵素:配列5'CCGG3'の二つのシトシンの間で切断する。その作用は、一つ目のC上のメチル化によって阻害されるが、二つ目のC上のメチル化では阻害されない。 Mspl enzyme: cleaves between two cytosines of sequence 5′CCGG3 ′. Its action is inhibited by methylation on the first C, but not by methylation on the second C.
Hpall酵素:配列5'CCGG3'の二つのシトシンの間で切断する。その作用は、二つ目のC上のメチル化によって阻害されるが、一つ目のC上のメチル化では阻害されない。 Hpall enzyme: cleaves between two cytosines of sequence 5′CCGG3 ′. Its action is inhibited by methylation on the second C, but not by methylation on the first C.
制限部位に特異的なアダプターはDNAに連結して、最初に配列情報を取得する必要なく、汎用プライマーで断片を増幅することを可能にする。前記酵素はすべてFermentas社から取得し、前記アダプターはSigma-Genosys社から取得した。 An adapter specific for the restriction site is ligated to the DNA, making it possible to amplify the fragment with universal primers without having to first obtain sequence information. All the enzymes were obtained from Fermentas and the adapters were obtained from Sigma-Genosys.
アダプター混合物は、EcoRIアダプターを1nMと、MspI/HpaIIアダプターを10nMとを組み合わせて作成した。 The adapter mixture was made by combining 1 nM EcoRI adapter and 10 nM MspI / HpaII adapter.
前記増幅ラウンドは、前記EcoRI末端に対応する一つのオリゴヌクレオチドプライマーと、前記MspI/Hpall末端に対応する一つのオリゴヌクレオチドプライマーとを使用して行われる。増幅の第一ラウンドは、前記プライマーの3’末端に余分に1個、塩基を追加することによって断片の数を減らし、増幅の第二ラウンドは、前記プライマーの3’末端に余分に1個または2個の塩基を追加することによって断片の量をさらに減らす。前記第二ラウンドEcoRIプライマーは、6-Fam(カルボキシフルオレセイン)と標識化され、生成物の可視化を可能にする。 The amplification round is performed using one oligonucleotide primer corresponding to the EcoRI end and one oligonucleotide primer corresponding to the MspI / Hpall end. The first round of amplification reduces the number of fragments by adding one extra base at the 3 ′ end of the primer, and the second round of amplification is one extra at the 3 ′ end of the primer or The amount of fragments is further reduced by adding two bases. The second round EcoRI primer is labeled with 6-Fam (carboxyfluorescein) to allow visualization of the product.
選択的増幅工程の生成物は、韓国のMacrogen社へ送付され、そこでApplied Biosystems社の遺伝子アナライザー上でキャピラリー電気泳動法により分画された。その結果をGeneMapper社の解析ソフトウェアを使用して可視化し解釈して、さらに解析するためにMicrosoft Excelへエクスポートした。Kovach, W. (1998); MVSP - A Multivariate Statistical Package for Windows, Version 3.0. Pentraeth, Wales, UK: Kovach Computing Servicesが記載しているようにMVSP(http://www.kovcomp.co.u/mvsp/)を使用するか、または、Minitab 15 (http://www.minitab.com/en-GB/default.apsx?WT.srch=1&WT.mc_id=SE004815)を使用して、多変量解析(主座標分析)を行った。 The product of the selective amplification step was sent to Macrogen, Korea, where it was fractionated by capillary electrophoresis on an Applied Biosystems gene analyzer. The results were visualized and interpreted using GeneMapper analysis software and exported to Microsoft Excel for further analysis. Kovach, W. (1998); MVSP-A Multivariate Statistical Package for Windows, Version 3.0. Pentraeth, Wales, UK: MVSP as described by Kovach Computing Services (http: //www.kovcomp.co.u/ mvsp /) or using Multitab 15 (http://www.minitab.com/en-GB/default.apsx?WT.srch=1&WT.mc_id=SE004815) Principal coordinate analysis).
AFLPプロトコル内の各バンド(単位複製配列)は、単一の遺伝子座の単一の対立遺伝子であると考えられた。各処理について、各遺伝子座の対立遺伝子属性をまず単純な定量的方法で1(有)または0(無)として各複製個体について割り当てた。もし遺伝子座について個体の前記対立遺伝子プロファイルが3個体分以上異なっていれば、前記遺伝子座は、一対のストレス処理間で、または対照とストレス処理との間で異なっているとみなされた(たとえば、11111111と11111000は異なるとみなされるが、11111111と00111111は異なるとはみなされなかった)。遺伝子座すべてがこの基準を満たせば、その後に行われる多変量解析用のセンチネルマーカーの候補とみなされた(以下を参照)。 Each band (amplicon) within the AFLP protocol was considered to be a single allele at a single locus. For each treatment, the allelic attribute of each locus was first assigned to each replicated individual as 1 (yes) or 0 (no) in a simple quantitative manner. If the allelic profile of an individual differs by more than 3 individuals for a locus, the locus is considered to differ between a pair of stress treatments or between a control and stress treatment (eg, 11111111 and 11111000 are considered different, but 11111111 and 00111111 were not considered different. If all loci met this criteria, they were considered candidates for sentinel markers for subsequent multivariate analysis (see below).
センチネルDNAメチル化マーカーを組み立てるための訓練は4ラウンドあった。このため、対照を含む3つの処理の4つのグループで、処理間の比較を行った(表11)。その後、これら4つのグループからのデータを組み合わせ、センチネルを統合した群とし、全サンプルに適用した。 There were four rounds of training to assemble sentinel DNA methylation markers. For this reason, comparisons between treatments were made in four groups of three treatments including controls (Table 11). Subsequently, the data from these four groups were combined to form a group integrating the sentinels and applied to all samples.
結果
全マーカー(選択的訓練無し)
全条件にわたって多型座を特定することに訓練を限定すると(組み合わせ訓練)、959個の遺伝子座が記録され、それらすべては個体間で何らかの多型レベルを示した。多変量解析をコンパイルするために前記データを使用したとき、ストレスを与えられた集団に妥当な分離が見られ、同じストレスに曝露された植物体がクラスターを形成する傾向があった(PCO、図1)。ただし、異なるストレス処理を受けた個体間、特に温度ストレスと、植食または対照との間に、重複もあった。上位二つの成分は、全ばらつきの23.2%であった。
Results all markers (no selective training)
When training was limited to identifying polymorphic loci across all conditions (combination training), 959 loci were recorded, all of which exhibited some polymorphic level among individuals. When using the data to compile a multivariate analysis, there was a reasonable separation in the stressed population, and plants exposed to the same stress tended to form clusters (PCO, figure 1). However, there was also overlap between individuals who received different stress treatments, especially between temperature stress and herbivory or controls. The top two components were 23.2% of the total variation.
2個のストレスと対照とでセンチネル選択用基準を満たすマーカーのみを使用すると、使用されたマーカーの数は減るのに訓練済みストレス間の分離は向上した。たとえば、対照サンプルと塩分および温度ストレスとについてセンチネルを選択すると、使用されるマーカーの数は959から525へ減った。それにもかかわらず、これらグループ間の分離は向上し(訓練群間の重複は無かった)、上位2つの主成分が表すばらつきの率は若干増えて24.8%となった。 Using only markers that met the criteria for sentinel selection with two stresses and controls improved the separation between trained stresses while reducing the number of markers used. For example, selecting sentinels for control samples and salinity and temperature stress reduced the number of markers used from 959 to 525. Nevertheless, the separation between these groups improved (there was no overlap between the training groups), and the rate of variation represented by the top two principal components increased slightly to 24.8%.
重要なことに、未訓練のストレス(植食)に曝露された個体もまた、非常に明瞭な分離を示し、曖昧なのは一つのサンプル(H8)のみであった(図2)。 Importantly, individuals exposed to untrained stress (vegetation) also showed very clear separation, with only one sample (H8) being ambiguous (FIG. 2).
これら3個のストレスすべてを訓練が含むと、遺伝子座の数は減って137となるが、ストレス間の分離は顕著に向上し、曖昧な個体が無くなった(図3)。さらに、全ばらつきにおいて上位2つの主成分が表すばらつきの率は顕著に増えた(32.7%へ)。 When all three stresses were included in the training, the number of loci decreased to 137, but the separation between the stresses was significantly improved and there were no ambiguity individuals (FIG. 3). Furthermore, the rate of variation represented by the top two principal components in all variations increased significantly (to 32.7%).
センチネル選択のための統計的アプローチ
整理されたデータの計算を、Rウェブサイト(www.r-project.org)から得たパッケージを使用してR環境(R環境)で行った。対にした処理の間で比較し、4つの処理を区別するためにはどの特徴(バンド)が統計的に最も関連があるかを判定した。3つの異なる方法、Random forest, Welch t-statistic, 曲線下面積(AUC)を使用して、特徴を選択し、これら3つすべてから得られた結果を組み合わせて、前記異なる処理を区別するために最も適切な特徴群とした(表13)。
Statistical Approach for Sentinel Selection Computation of organized data was performed in the R environment (R environment) using a package obtained from the R website (www.r-project.org). Comparisons were made between the paired processes to determine which features (bands) were statistically most relevant to distinguish the four processes. Using three different methods, Random forest, Welch t-statistic, area under the curve (AUC) to select features and combine the results from all three to distinguish the different processes The most suitable feature group was set (Table 13).
前記選択された特徴のサブセットを、主座標分析を使用して可視化し、前記4つの処理間の最大の分離のための、最適な数を判定した(図4〜7)。 The selected subset of features was visualized using principal coordinate analysis to determine the optimal number for maximum separation between the four processes (FIGS. 4-7).
差異アプローチ
前記整理されたデータを使用して、前記4つの処理の各々について8の潜在的な数から存在するバンドの全数を算出した。処理の対の差異を算出し、これら処理の対の間の最も大きな差異を有する特徴をセンチネルとして選択した(表14)。
Difference Approach Using the organized data, the total number of bands present was calculated from the potential number of 8 for each of the four treatments. The difference between treatment pairs was calculated and the feature with the largest difference between these treatment pairs was selected as the sentinel (Table 14).
前記選択された特徴のサブセットを、主座標分析を使用して可視化し、前記4つの処理間の最大の分離のための、最適な数を判定した(図8〜11)。ここで、センチネルマーカーの数が減ってグループ間の明瞭な区別が保持されたが、全体に対する比率は上位100個のマーカーを使用したときの16.1%(図8)から、上位10個のマーカーがセンチネルとして使用された時の27%(図11)へと増加した。 The selected subset of features was visualized using principal coordinate analysis to determine the optimal number for maximum separation between the four processes (FIGS. 8-11). Here, the number of sentinel markers has decreased, and a clear distinction between groups has been maintained, but the ratio to the whole has changed from 16.1% when using the top 100 markers (FIG. 8) to the top 10 It increased to 27% (Figure 11) when the marker was used as a sentinel.
実施例2 − マウス細胞株におけるストレス特定用のメチル化感受性増幅断片長多型
細胞培養条件
マウス単球マクロファージ細胞RAW 264.7(ECACC No. 91062702)のエピゲノムに対する外部ストレスの影響を検証する。細胞を32ウェルのマイクロプレートに2.5(105細胞/mlで植え付けて培養し、採取するまで20時間、37℃、二酸化炭素5%で培養した。特段の記載がなければ、使用された培地は、2mMのL−グルタミンと10%のウシ胎仔血清を補給したDMEMである。
Example 2-Methylation-sensitive amplified fragment length polymorphism for stress identification in mouse cell lines
Cell culture conditions The effect of external stress on the epigenome of mouse monocyte macrophage cell RAW 264.7 (ECACC No. 91062702) is examined. Cells were seeded and cultured in 32-well microplates at 2.5 (10 5 cells / ml) and cultured for 20 hours at 37 ° C. and 5% carbon dioxide until harvest. Unless otherwise stated, the medium used was DMEM supplemented with 2 mM L-glutamine and 10% fetal calf serum.
これら細胞の集団に3つのストレスを与えた。
1.(I)20mg/mlのインターロイキン4(IL4)
2.(L)1mg/mlのリポ多糖類(LPS)
3.(S)培地からのL−グルタミンが無いこと
Three stresses were applied to these populations of cells.
1. (I) 20 mg / ml interleukin 4 (IL4)
2. (L) 1 mg / ml lipopolysaccharide (LPS)
3. (S) No L-glutamine from the medium
DNAの抽出はすべてQiagen社のキットを使用し、製造者の指示にしたがって行った。マクロファージサンプルからDNA抽出を行うために、DNeasy社の血液組織キットを使用した。下記に言及する試薬はすべて前記DNeasyキットからのものである。 All DNA extractions were performed using Qiagen kits according to the manufacturer's instructions. A DNeasy blood tissue kit was used to extract DNA from macrophage samples. All reagents mentioned below are from the DNeasy kit.
培養ウェルから反転によって媒質を除去し、200μlのPBS、20μlのプロテイナーゼ、および200μlのバッファーAL(エタノールを使用せず)と置き換えた。ボルテックスすることによって前記内容物を混合し、56℃で10分培養した。これに続き、200μlのエタノール(95〜100%)を各サンプルに加え、ボルテックスによって前記プレートを混合した。各ウェルからのこの混合物をDNeasyミニ回転カラムへ移し、8,000rpmで1分遠心分離にかけた。 Media was removed from the culture wells by inversion and replaced with 200 μl PBS, 20 μl proteinase, and 200 μl buffer AL (without ethanol). The contents were mixed by vortexing and incubated at 56 ° C. for 10 minutes. Following this, 200 μl of ethanol (95-100%) was added to each sample and the plate was mixed by vortexing. This mixture from each well was transferred to a DNeasy mini spin column and centrifuged at 8,000 rpm for 1 minute.
DNA分子がカラム上に保持されているため、前記流動物を廃棄した。500μlの洗浄バッファーAW1を前記カラムに通し8,000rpmで1分間遠心分離を行って、付着しているDNAを1度洗い、500μlの洗浄バッファーAW2を前記カラムに通し8,000rpmで1分間遠心分離を行って、付着しているDNAを1度洗った。続いて、前記膜を13,000rpmで1分間遠心分離にかけて乾燥させ、100μlのバッファーAEを加えてDNAを溶出させ、室温で1分間培養したのちに、8,000rpmで1分間遠心分離を行った。 Since the DNA molecules are retained on the column, the fluid was discarded. Pass 500 μl of wash buffer AW1 through the column at 8,000 rpm for 1 minute to wash the adhering DNA once, pass 500 μl of wash buffer AW2 through the column at 8,000 rpm for 1 minute. The attached DNA was washed once. Subsequently, the membrane was dried by centrifugation at 13,000 rpm for 1 minute, and 100 μl of buffer AE was added to elute the DNA. After culturing at room temperature for 1 minute, the membrane was centrifuged at 8,000 rpm for 1 minute.
DNAの質および量は、上記実施例1で詳述したようにテストされる。 DNA quality and quantity are tested as detailed in Example 1 above.
増幅断片長多型
増幅断片長多型(AFLP)は、Vos et al(1995)によって記載されたプロトコルに基づいており、上記実施例1で詳述したように実行した。
Amplified fragment length polymorphism Amplified fragment length polymorphism (AFLP) is based on the protocol described by Vos et al (1995) and was performed as detailed in Example 1 above.
センチネルの選択
実施例1におけるシロイヌナズナについて上述したものと同じように、マウスセンチネルを選択した。
Sentinel selection Mouse sentinel was selected in the same manner as described above for Arabidopsis thaliana in Example 1.
結果
全マーカー(選択的訓練無し)
全条件にまたがって多型座を特定することに訓練を限定すると(組み合わせ訓練)、734個の遺伝子座が記録され、それらすべては個体間で何らかの多型レベルを示した。多変量解析をコンパイルするために前記データを使用したとき、ストレスを与えられた集団に妥当な分離が見られ、同じストレスに曝露された細胞株がクラスターを形成する傾向があった(PCO、下記図12)。全ばらつきついて上位二つの成分が明らかにしているのは、15.8%のみであった。
Results all markers (no selective training)
When training was limited to identifying polymorphic loci across all conditions (combination training), 734 loci were recorded, all of which exhibited some polymorphic level among individuals. When using the data to compile a multivariate analysis, there was a reasonable separation in the stressed population and cell lines exposed to the same stress tended to cluster (PCO, below) FIG. 12). Only 15.8% revealed the top two components for total variation.
ふたつのストレスと対照サンプルとの間で最も一貫した相違を示したマーカーを選択すると、ストレスグループ間の区別を維持し(またはわずかに改善し)たが、第一と第二の主成分にカバーされるばらつきの率を増加させ、3つのストレスのうち2つについて訓練されたプロットについては全ばらつきの19.8〜20.7%という狭い範囲に入った(図13〜15)。 Selecting the marker that showed the most consistent difference between the two stresses and the control sample maintained (or slightly improved) the distinction between the stress groups, but covered the first and second principal components The plots trained for two of the three stresses entered a narrow range of 19.8 to 20.7% of the total variation (FIGS. 13-15).
このように、2つのストレス処理間の差異を強調する多型マーカーのサブセットを選択することで、全多型マーカーを使用して行われるPCOで第三のストレスを同様に分離できた。 Thus, by selecting a subset of polymorphic markers that highlight the differences between the two stress treatments, the third stress could be similarly separated in PCO performed using all polymorphic markers.
さらに、全マーカーを使用するプロットにおいてよりも、訓練済みセンチネル群の中でのほうが、グループの区別に関与する上位2つの主成分が、全ばらつきのより多くに対応し、したがって「ノイズ」のばらつきが少なかった。ただし、前記訓練済みセンチネル群は、処理内、および処理間の、どちらにおいても変動する遺伝子座をいくつか含み、したがってストレス診断に単独で使用されると役に立たないであろう。 Furthermore, in the trained sentinel group, the top two principal components involved in group distinction correspond to more of the total variability in the trained sentinel group than in the plot using all markers, and hence the variation in “noise” There were few. However, the trained sentinel group contains several loci that vary both within and between treatments and therefore would not be useful when used alone for stress diagnosis.
実施例3−センチネルを作成するサンプル方法と、シロイヌナズナにおけるその使用
センチネルとして使用するための標的遺伝子の選択を、2つの相補的データベースを相互参照することによって行った。
Example 3-Sample Method for Making Sentinel and Its Use in Arabidopsis
Selection of the target gene for use as a sentinel was performed by cross-referencing two complementary databases.
第一のデータベース(the Highly Integrated Single-Base Resolution Maps of the Epigenome in Arabidopsis, http://neomorph.salk.edu/epigenome/epigenome.html)は、シロイヌナズナ野生型とDNAメチル化維持(met1-3)および確立(drm1-2, drm2-2, cmt3-11)とに欠陥のある突然変異種とでトランスクリプトームおよびメチロームを比較した最近の研究によって作成された、メチル化によって制御される遺伝子のリストを含んでいる(Lister et al 2008)。これら遺伝子の発現レベルが上がり、それに続いて、野生型と比べて突然変異種でのDNAメチル化のグローバルロスが起こると、これら遺伝子がDNAメチル化によって制御され、大半がメチル化によって下方制御されると推測できる。したがって、対照と比較してテストされたストレスのいずれかの下で、または発生段階または組織のいずれかの間で、発現に変化があると、それは変化した条件によってメチル化プロファイルにおける変化が引き起こされたことを意味し、それらは候補センチネルとしてふさわしいことになる。 The first database (the Highly Integrated Single-Base Resolution Maps of the Epigenome in Arabidopsis, http://neomorph.salk.edu/epigenome/epigenome.html) is the wild type of Arabidopsis and DNA methylation maintenance (met1-3) List of methylation-controlled genes created by recent studies comparing transcriptomes and methylomes with mutants defective with and established (drm1-2, drm2-2, cmt3-11) (Lister et al 2008). When the expression level of these genes increases, followed by a global loss of DNA methylation in the mutant compared to the wild type, these genes are controlled by DNA methylation and most are down-regulated by methylation. I can guess. Thus, if there is a change in expression under any of the stresses tested compared to the control, or during either the developmental stage or the tissue, it causes a change in the methylation profile due to the changed conditions And they will be suitable as candidate sentinels.
Genevestigator (https://www.genevestigator.com)は、ある範囲の特定のストレス、器官、および発生段階の下でのシロイヌナズナの484個の遺伝子の発現について、マイクロアレイ解析から得られた情報を提供した(図16〜18)。 Genevestigator (https://www.genevestigator.com) provided information from microarray analysis on the expression of 484 genes in Arabidopsis under a range of specific stresses, organs, and developmental stages (FIGS. 16-18).
遺伝子が所与のストレスにさらされた時に対照と比較して4倍の発現を示すと、その遺伝子はストレス下で上方制御されたと分類された。下方制御は、対照と比較して発現が4分の1に減少するものと定義された。遺伝子発現に4倍以上の変化があったものを「1」、4分の1以下に変化したものを「−1」、遺伝子発現に変化のなかったものを「0」として表す(コード化する)ことによって、出力データを3段階に変換した。このように、下記の解析において、DNAメチル化状態の未処理の相関関係としてcDNAの存在量を使用し、したがってこれら遺伝子座でのメチル化センチネルの潜在力の最悪状況指標を提供する。DNAメチル化を直接測定すれば、無益なばらつきが明らかになることを減らせるであろう。なぜなら、mRNAはその存在量に突然な不安定な変化が起こりやすい(Stavreva et al 2009; Kageyama et al 2007)から、また、個々の遺伝子座の各々はそれ自体がセンチネルとして使用できるいくつかの潜在的なメチル化部位を含むからである。 A gene was classified as up-regulated under stress if it showed 4-fold expression compared to a control when exposed to a given stress. Downregulation was defined as a one-fourth decrease in expression compared to controls. “1” indicates that the gene expression has changed by a factor of 4 or more, and “−1” indicates that the gene expression has changed to a quarter or less, and “0” indicates that the gene expression has not changed The output data was converted into three stages. Thus, in the following analysis, the abundance of cDNA is used as a raw correlation of DNA methylation status, thus providing a worst-case indicator of the potential of methylated sentinels at these loci. Direct measurement of DNA methylation will reduce the manifestation of useless variability. Because mRNA is subject to sudden and unstable changes in its abundance (Stavreva et al 2009; Kageyama et al 2007), and each individual locus has several potentials that can themselves be used as sentinels. This is because it contains a typical methylation site.
ストレス4および75は、遺伝子のいずれにおいても発現レベルの変化を生じさせないので特定できず、したがって解析から除去した。ストレスS51、S52,およびS57は同様の発現応答を有するので個別に特定できず、S51およびS52を除去した(S57は解析に残した)。当初の82個のストレスのうち、したがって78個のプロファイルが解析に使用された。 Stresses 4 and 75 were not identified because they did not cause changes in expression levels in any of the genes and were therefore removed from the analysis. Stresses S51, S52, and S57 could not be individually identified because they had similar expression responses and S51 and S52 were removed (S57 was left in the analysis). Of the original 82 stresses, 78 profiles were therefore used for the analysis.
484個の遺伝子と、その各々について82個のストレスで、合計39,688個の遺伝子‐ストレス対の組み合わせを検証した。これらの対のうち、1806個(4.56%)が発現において4倍以上の変化を示し、931個(2.35%)がストレス下で上方制御され、875個(2.21%)が下方制御された。 A total of 39,688 gene-stress pair combinations were tested with 484 genes and 82 stresses for each. Of these pairs, 1806 (4.56%) showed more than a 4-fold change in expression, 931 (2.35%) were upregulated under stress, and 875 (2.21%) Down controlled.
コンピュータプログラム
ソフトウエア開発とプログラミング
すべてのベイズ解釈と同様、当該解析用のアルゴリズムも確率論的かつ不完全である;したがって、プログラムが確実な答えを生成するという保証はないが、確実な答えを生成することもよくあり、そうでなかったとしても、確実な答えに比較目的には十分に近い値を常に提供する。
Computer programs Software development and programming Like all Bayesian interpretations, the algorithms for the analysis are probabilistic and incomplete; therefore, there is no guarantee that the program will produce a definite answer, but certainty. The answer is often generated, and even if it is not, a reliable answer is always provided that is close enough for comparison purposes.
タスク定義とアルゴリズムの設計
プログラムの目的を、所与の数のストレスを特定するために必要な最小限の数の遺伝子を判定することと定義した。この場合、候補センチネルとして選択した遺伝子すべての発現がメチル化変異で変わるので(上記参照)、発現における4倍の変化を、これら遺伝子座でのメチル化状態における変化を示しているとみなした。
Task definition and algorithm design The purpose of the program was defined as determining the minimum number of genes needed to identify a given number of stresses. In this case, since the expression of all genes selected as candidate sentinels changes with methylation mutations (see above), a 4-fold change in expression was considered indicative of a change in methylation status at these loci.
アルゴリズム(A)
N、使用する遺伝子の所定の数。
Eval、N個の遺伝子の順序集合を取り、一意的に特定されたストレスの数を返す。
Algorithm (A)
N, the predetermined number of genes used.
Eval, takes an ordered set of N genes and returns the number of uniquely identified stresses.
3つの異なる段階(−1:下方制御、0:変化無し、1:上方制御)を表す遺伝子を使用して分類されうるストレスの数は3である。したがって、遺伝子発現プロファイルの群から特定されるストレスの論理的な数は、前記群の中の遺伝子の三乗である。さらに、組み合わせの公式に従うと、なんらかのN個の要素を重複なく3つずつ取れば、N3個の組み合わせができる(一例としては、図19を参照)。 The number of stresses that can be classified using a gene representing three different stages (-1: downregulation, 0: no change, 1: upregulation) is three. Thus, the logical number of stresses identified from a group of gene expression profiles is the cube of the genes in the group. Further, according to the combination formula, N 3 combinations can be made by taking some N elements without overlapping each other (see FIG. 19 as an example).
488個の遺伝子から、81個のストレスを分類できる最小数の遺伝子の群を特定するためにコンピュータープログラムを作成した。三又のツリーを使用して解を表すが、ツリーのノードは遺伝子に対応し、枝はストレスへの応答を示し、上方制御か下方制御か、制御に変化無しかを示している(図20)。二つの遺伝子が、8つのストレスS1〜S8に結びつくことが示されている。「+」は上方制御を示し、「−」は下方制御を示している。もし遺伝子1が下方制御(−)され遺伝子2が上方制御(+)されると、これはS6のストレスプロファイルに対応する。 A computer program was created to identify the minimum number of genes that can classify 81 stresses from 488 genes. A trifurcated tree is used to represent the solution, where the nodes of the tree correspond to genes and the branches indicate the response to stress, indicating whether it is up-regulated, down-regulated, or unchanged in control (FIG. 20). ). Two genes have been shown to be associated with eight stresses S1-S8. “+” Indicates upward control, and “−” indicates downward control. If gene 1 is down-regulated (−) and gene 2 is up-regulated (+), this corresponds to the stress profile of S6.
所与の数の遺伝子から特定できるストレスの最適数を特定するために、確率論的なヒルクライマーを使用した。少数の遺伝子および/またはストレスについては完全な解が可能かもしれないが、遺伝子またはストレスの数が増加するにつれて幾何学級数的に計算条件が増加するので、このアプローチはこの問題に対する最も有用な解決策を提供する。 Probabilistic hill climbers were used to identify the optimal number of stresses that could be identified from a given number of genes. Although a complete solution may be possible for a small number of genes and / or stress, this approach is the most useful solution to this problem because the computational requirements increase geometrically as the number of genes or stress increases. Provide a solution.
ヒルクライマー
1.N個の遺伝子のランダムな群を生成する。Nは使用される遺伝子の所定の数である。
2.前記群のN個の遺伝子の一つを、現在群の中に無い遺伝子と置き換える。
3.機能Evalで、工程2からの遺伝子の群を使用して、一意的に特定されたストレスの数を見出す。
4.工程2および3からの解が、現在保持されているものよりもさらによい解を生む場合、現在保持されている解を、工程2/3からの解と置き換える。
5.もしストレスすべてが一意的に特定されれば、解を報告し、終了し、さもなければ工程2へ行く。
Hill climber Generate a random group of N genes. N is the predetermined number of genes used.
2. Replace one of the N genes in the group with a gene not currently in the group.
3. In function Eval, the group of genes from step 2 is used to find the number of uniquely identified stresses.
4). If the solution from steps 2 and 3 yields a better solution than that currently held, replace the currently held solution with the solution from step 2/3.
5. If all the stresses are uniquely identified, report the solution and exit, otherwise go to step 2.
ヒルクライマーは、1万回のイタレーションで実行され、独立して1000回実行される。全ストレスを一意的に特定して、最適な解が見いだせないと、ほとんどのストレスを一意的に特定する解が返される。 The hill climber is executed with 10,000 iterations and is executed 1000 times independently. If all stresses are uniquely identified and no optimal solution is found, a solution that uniquely identifies most stress is returned.
結果
アルゴリズムAを、上記データを使用して実行した。最小値、N、は、最初は20とし、ストレスすべてを特定する解を見つけることができなくなるまで1ずつ減らした。このアプローチを用いて、78個のストレスすべてを特定するために必要な遺伝子の最小数が15であると特定した。前記選択された遺伝子とそれが適用される順序を、表15に示す。表16は、表15の遺伝子発現リストを使用して各ストレスをどのように診断するかを示す。表17は、各ストレスがこれらの遺伝子に、上方制御、下方制御、または変化無しということについて、どのように影響を与えるかをまとめている。
Results Algorithm A was performed using the above data. The minimum value, N, was initially set to 20 and was decreased by 1 until no solution could be found that identifies all the stresses. Using this approach, the minimum number of genes required to identify all 78 stresses was identified as 15. The selected genes and the order in which they are applied are shown in Table 15. Table 16 shows how each stress is diagnosed using the gene expression list of Table 15. Table 17 summarizes how each stress affects these genes for up-regulation, down-regulation, or no change.
前記78個のストレスを特定することのできる遺伝子の重複群を作成するために、上記の手順を繰り返して、表15の遺伝子を除去し、入手可能な遺伝子のプールとした。ストレス80は、1回目の分析に使用された一つの遺伝子によってのみ特定され、その後特定できなかったために除去した。15から開始して解が見つかるまで1ずつ増やすことにより、Nを見いだした。77個のストレスすべてを特定できるNの最低値は、21であった。表18は、77個のストレスを特定するために必要な前記21個の重複遺伝子とその順序を示す。 In order to create an overlapping group of genes that can identify the 78 stresses, the above procedure was repeated to remove the genes in Table 15 to obtain a pool of available genes. Stress 80 was identified only by the one gene used for the first analysis and was subsequently removed because it could not be identified. N was found by starting at 15 and incrementing by 1 until a solution was found. The lowest value of N that can identify all 77 stresses was 21. Table 18 shows the 21 duplicate genes and their order required to identify 77 stresses.
異なるストレス間の類似点を、GeneAlexソフトウェアを使用した上記の発現プロファイルに基づき、主座標ユークリッド分析(PCoA)(Gower, 1966)によって判定した(Peakall and Slouse 2005)。この解析は、ストレスのグループ分けの一定水準を示した(図21)。 Similarities between different stresses were determined by principal coordinate Euclidean analysis (PCoA) (Gower, 1966) based on the above expression profile using GeneAlex software (Peakall and Slouse 2005). This analysis showed a certain level of stress grouping (FIG. 21).
分離とグループ分けを改善するために、21個の遺伝子という第二の群を、先の15個の遺伝子に追加した(表18)。 To improve separation and grouping, a second group of 21 genes was added to the previous 15 genes (Table 18).
これにより、表19に示すマトリクスを作成するが、そこでは遺伝子センチネル1〜21が遺伝子S1〜82に応答して変化しなかった(−1)、下方制御された(0)、または上方制御された(1)。 This creates the matrix shown in Table 19, where gene sentinels 1-21 did not change in response to genes S1-82 (-1), down-regulated (0), or up-regulated. (1).
ここでも、異なるストレス間の類似点を、上述したように主座標ユークリッド分析(PCoA)によって判定した。このセンチネル遺伝子の第二の群は、ストレスグループ分けによって高レベルのクラスタリングを示した。 Again, similarities between different stresses were determined by principal coordinate Euclidean analysis (PCoA) as described above. This second group of sentinel genes showed a high level of clustering by stress grouping.
このように、これらデータは、39個のストレスに基づいて特定されたセンチネルの群が、これらストレスへの曝露を識別することができ、また、センチネルを特定するために使用されなかったストレスの大部分への曝露も識別できる。さらに、ストレスのクラスタリングは、検出された不明のストレスの膨大な分類を、最適化が可能にするであろうということを示唆している。 Thus, these data indicate that a group of sentinels identified based on 39 stresses can identify exposure to these stresses, and the amount of stress that was not used to identify sentinels. Part exposure can also be identified. Furthermore, stress clustering suggests that an enormous classification of detected unknown stresses could be optimized.
ストレスの分離の改善とクラスタリングの向上のために、23個の遺伝子という第三の群を、先の36個の遺伝子に追加した。表20。 To improve stress isolation and clustering, a third group of 23 genes was added to the previous 36 genes. Table 20.
ここでも、異なるストレス間の類似点を、上述したように主座標ユークリッド分析(PCoA)によって判定した。この遺伝子の第二の群は、ストレスグループ分けのなかで高レベルのクラスタリングを示した(図24)。 Again, similarities between different stresses were determined by principal coordinate Euclidean analysis (PCoA) as described above. The second group of genes showed a high level of clustering among the stress groupings (Figure 24).
これにより、表21に示すマトリクスを作成するが、そこでは遺伝子センチネル1〜21が遺伝子S1〜82に応答して変化しなかった(−1)、下方制御された(0)、または上方制御された(1)。 This creates the matrix shown in Table 21, where gene sentinels 1-21 were not changed in response to genes S1-82 (-1), down-regulated (0), or up-regulated. (1).
下記に示す図面は、PCoAによって得られた情報の一部である二次元スペース上の表現を示す。実際のところ、六次元までのボリュームを形成することによってストレスグループが分離できるスペースを生成した。これは図で示すことができないが、この情報はコンピューター内で使用できる。 The drawing shown below shows a representation on a two-dimensional space that is part of the information obtained by PCoA. In fact, by creating volumes up to six dimensions, a space was created where stress groups could be separated. This cannot be shown graphically, but this information can be used in the computer.
このデータは、センチネル原理を実証するために開発されたプログラムが、15個、21個、および23個の遺伝子をそれぞれ含むシロイヌナズナのセンチネル遺伝子の、3つの連続的に訓練された群を生成したことを示している。各センチネル群は、78個の調査されたストレスへの曝露を、対照サンプルから区別可能な発現/メチル化としてはっきりと診断できる。 This data shows that a program developed to demonstrate the sentinel principle generated three consecutively trained groups of Arabidopsis sentinel genes, each containing 15, 21, and 23 genes. Is shown. Each sentinel group can clearly diagnose exposure to 78 investigated stresses as expression / methylation distinguishable from control samples.
このように、前記適切な特性を有するマーカーの、一連の選択されたサブセットが組み立てられ、標準的対照成長条件に関連する「正常な」生理学的状態との相違を検出し、これらのマーカーにおける発現および/またはDNAメチル化状態に対する変化として明示することができる。これらの群が独立しているということは、対照状態からの相違を示すことについてセンチネル群すべてにわたって一致しており、この一致が診断の正確さについての信頼性レベルを増している、ということを意味する。センチネル群が累進的に増加し蓄積するということや、多変量解析のためにそれらを集団的に使用するという、更なる特徴は、センチネルマーカーが増加するにつれてストレスタイプによるクラスタリングが増加し、散布図がますます体系化する(図21および24)、ということである。 In this way, a series of selected subsets of markers with the appropriate properties are assembled to detect differences from “normal” physiological states associated with standard control growth conditions and expression in these markers And / or can be manifested as changes to the DNA methylation status. The fact that these groups are independent is consistent across all sentinel groups for showing differences from the control state, and that this match increases the level of confidence in the accuracy of the diagnosis. means. A further feature is that sentinel groups progressively increase and accumulate, and that they are used collectively for multivariate analysis, with clustering by stress type increasing as the sentinel markers increase, and scatter plots. That is more and more systematized (FIGS. 21 and 24).
各ストレス用のサンプルを複製するために適用されると(実施例1,2のように)、このようにマーカーの数を増やすということは、同じストレスに曝露されたサンプル間のばらつきによって起こるノイズを最小限にする。このように、クラスター分析、またはその他の決定アルゴリズムは、それまでテストされなかったストレスやストレス応答を適切なグルーピングに正しく分類する。 When applied to replicate each stress sample (as in Examples 1 and 2), increasing the number of markers in this way is the noise caused by variations between samples exposed to the same stress. Minimize. Thus, cluster analysis, or other decision algorithms, correctly classifies previously untested stresses and stress responses into appropriate groupings.
有効化
前記方法の予測力を有効にするには、置換することなくランダムにストレスの半分をサンプリングして、1000個のデータ群を作成する。サンプリングされた半分のストレスを訓練用群として分類し、サンプリングされなかったストレスを、有効化群と呼んだ。
Validation To validate the predictive power of the method, sample half of the stress randomly without replacement and create 1000 data groups. Half of the sampled stress was classified as the training group, and the unsampled stress was called the validation group.
訓練用群のそれぞれを、Nを10、20、30、および40と設定してアルゴリズムAで4回解析した。 Each of the training groups was analyzed four times with Algorithm A with N set to 10, 20, 30, and 40.
その結果に対して、二つのテストを行った(表22)。テストAは、有効化群から各ストレスをかわるがわる取り、それが訓練用群から一意的に特定できるかを調べた。テストBは、ストレスをすべて組み合わせた時の、グループの数と、存在するメンバーが一つだけであるグループの数と、を調べた。前記選択された遺伝子について発現に変化が無ければ、そのストレスは無効とされた。 Two tests were performed on the results (Table 22). Test A took each stress from the validation group and examined whether it could be uniquely identified from the training group. Test B examined the number of groups and the number of groups with only one member when all the stresses were combined. If there was no change in expression for the selected gene, the stress was negated.
実施例4−生物学的サンプル用のストレスの特徴明瞭化
前記センチネル遺伝子座は、ストレスの区別と、ストレス特定に使用されなかった発生段階の区別と、のために発生させることができる。
Example 4-Stress characterization for biological samples
The sentinel locus can be generated for the distinction of stress and the developmental stage that was not used for stress identification.
ヒト染色体6、20、および22をカバーする部分的メチロームが、Eckhardt et al (2006)によって公開された。この情報を使用して、2345個のヒトマーカーをセンチネル候補として選択し、そのうち40個の遺伝子を器官によって異なるメチル化状態を有するものと特定した(表22)。これら40個の遺伝子は、Genevestigatorソフトウェア(Zimmerman et al 2004およびZimmerman et 2005)やウェブベースのアプリケーションで相互参照されるが、異なる組織での発現の変化を含み、これら組織やメチル化の研究に含まれなかった別の組織で差次的に発現することがわかった遺伝子であり(図27)、その発現がメチル化に感度を持つことが確認されている。 A partial methylome covering human chromosomes 6, 20, and 22 was published by Eckhardt et al (2006). Using this information, 2345 human markers were selected as sentinel candidates, of which 40 genes were identified as having different methylation states by organ (Table 22). These 40 genes are cross-referenced in Genevestigator software (Zimmerman et al 2004 and Zimmerman et 2005) and web-based applications, but include changes in expression in different tissues and are included in these tissue and methylation studies This gene was found to be differentially expressed in another tissue that was not found (FIG. 27), and its expression was confirmed to be sensitive to methylation.
さらに、これら遺伝子の発現が、発生の様々な段階で研究されている時に、かつ、細胞/個体が幅広い刺激、薬物治療、疾患や、遺伝子改変にさらされている時に、所与の生物の遺伝子が活性化され、幅広い様々な発現プロファイルが観察される。これらプロファイルは、条件をすべてはテストできないとしても、大部分について一意的なプロファイルを組み立てることを可能にする。 In addition, when the expression of these genes is being studied at various stages of development and when the cells / individuals are exposed to a wide range of stimuli, drug treatments, diseases, and genetic modifications, the genes of a given organism Is activated and a wide variety of expression profiles are observed. These profiles make it possible to build a unique profile for the most part even if not all conditions can be tested.
Genevestigatorを使用して、これらマーカーがヒトにおいて506個の刺激(化学物質への曝露、臓器移植、疾患、環境ストレス、などを含む)に応答していると判定することが可能である(図16および25)。この解析はまた、センチネルの発現レベルを使用して、ヒトにおける8つの異なる年齢グループで(図17および26)、最終的に227個のヒト細胞型で(図18および27)、行われた。 Genevestigator can be used to determine that these markers are responsive to 506 stimuli in humans, including chemical exposure, organ transplantation, disease, environmental stress, etc. (FIG. 16). And 25). This analysis was also performed in 8 different age groups in humans (FIGS. 17 and 26) and finally in 227 human cell types (FIGS. 18 and 27) using sentinel expression levels.
変化した発現が通常(理想的にはいつも)これらセンチネル遺伝子座でのメチル化変化に関連するなら、これら遺伝子座にまたがるメチル化プロファイル中の変化は、疾患、ストレス、生理的年齢および/または状態の医療的診断や、さらには生物学的物質の由来の特定など、多数適用できるであろう。 If altered expression is usually (ideally always) associated with methylation changes at these sentinel loci, changes in the methylation profile across these loci are associated with disease, stress, physiological age and / or condition. Many applications such as medical diagnosis and identification of the origin of biological substances will be applicable.
このセンチネル群をサンプルに適用するために、研究室、病院、医療診断所などではすでに使用されている既存の技術を使った様々なアプローチが利用できるだろう。センチネルのメチル化状態を採点するための技術としては、ゲノムDNAを重亜硫酸塩処理した後にセンチネル遺伝子座の各々について特定のプライマーを使用してセンチネルをPCR増幅し、その後、(1)高解像度溶融(HRM)解析(Wojdacz andDbrovic 2007; White et al 2007)、(2)重亜硫酸塩特異的シーケンシング(Frommer et al 1992)、または(3)重亜硫酸塩特異的ピロシーケンシング(Yang et al 2004)を行う技術がある(これらに限定されるわけではない)。各センチネル遺伝子座についての特異的プライマーの設計は、当業者にとっては通常の業務であろう。 To apply this sentinel group to the sample, various approaches using existing technologies already in use in laboratories, hospitals, medical diagnostic offices, etc. will be available. Techniques for scoring the methylation status of the sentinel include bisulfite treatment of genomic DNA followed by PCR amplification of the sentinel using specific primers for each of the sentinel loci, then (1) high resolution melting (HRM) analysis (Wojdacz and Dbrovic 2007; White et al 2007), (2) Bisulfite-specific sequencing (Frommer et al 1992), or (3) Bisulfite-specific pyrosequencing (Yang et al 2004) There is a technique for performing (but not limited to). The design of specific primers for each sentinel locus will be a routine task for those skilled in the art.
これら3つのアプローチはすべて利点と欠点を有するが、高処理量のサンプル解析を可能にし、自動化でき、簡便に解析できるフォーマットのデジタルデータを生成することができる。 All three approaches have advantages and disadvantages, but allow high throughput sample analysis, can be automated, and can generate digital data in a format that can be easily analyzed.
最終的なプロトコル設計は、選択したアプローチに応じて決まる。センチネルすべてからの結果が得られれば、その結果は、上記の実施例に記載したソフトウェア(アルゴリズム)を含む能動的データベースに導入され、既知のストレスにそれら結果が関連づけられる。有効なプロファイルマッチが見つからなければ、サンプルのエピジェネティックプロファイルを上記のようにストレスのグループと関連されるために、PCoA(主座標分析)を行うことが可能であろう(実施例3のように)。 The final protocol design will depend on the approach chosen. Once the results from all the sentinels are obtained, the results are introduced into an active database containing the software (algorithm) described in the above examples, and the results are associated with known stresses. If no valid profile match is found, a PCoA (Principal Coordinate Analysis) could be performed to associate the sample epigenetic profile with the stress group as described above (as in Example 3). ).
表22に示された例では、メチル化状態が定量的に提示されている。実施例3でのようにPCoAで使用するこれらの値に、単純閾値(たとえば、値>50% = 1; 値<50% = 0)を適用することができる。または、前記データを主成分解析などの定量的解析システムに直接使用して、ストレスクラスタリングパターンを判定することができる。 In the example shown in Table 22, the methylation state is presented quantitatively. Simple thresholds (eg, value> 50% = 1; value <50% = 0) can be applied to these values used in PCoA as in Example 3. Alternatively, the stress clustering pattern can be determined using the data directly in a quantitative analysis system such as principal component analysis.
表23−差次的にメチル化されるとわかった遺伝子の例
470個の差次的にメチル化した(P<0.001)単位複製配列をゲノム注釈上にマッピングすると、解析された組織/細胞型で差次的にメチル化された遺伝子の特定が可能になる。前記表は、各組織についてのそれぞれの平均メチル化値を使用して、差次的メチル化を呈する48個の遺伝子を示す。カラーコードは、黒=無、薄い灰色=不均一、白=高メチル化を示す。Eckhardt et al., 2006を修正。
本明細書中に記載された現在の好適な実施形態に対する様々な変更や改良は、当業者には明白であろうことが理解されるべきである。かかる変更や改良は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、また、それに付随する利点を損なうことなく、行うことが可能である。したがって、かかる変更や改良は、付随するクレームの範囲内であるものとする It should be understood that various changes and modifications to the presently preferred embodiments described herein will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention and without diminishing its attendant advantages. Accordingly, such changes and modifications are intended to be within the scope of the appended claims.
本明細書中で引用されたすべての参照文献の内容は、この参照により、すべて本明細書に包含される。 The contents of all references cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.
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Claims (41)
(i) 既知であるが異なる属性または由来の細胞の二つ以上のサンプルからDNAを単離する工程と;
(ii) 各サンプルの前記単離したDNA中のメチル化可能な遺伝子座のメチル化状態を特定する工程と;
(iii) 各サンプルからの単離したDNAの前記メチル化状態を比較する工程と;
(iv) 遺伝子座のサブセットを選択する工程であって、前記サブセットは各遺伝子座のメチル化状態によって特徴が明瞭化され、前記メチル化状態はサンプル間でばらつきがあるが単一の属性または由来を個別的に診断付けるわけではない、工程と、
を含む方法。 A method for compiling a set of target DNA sequences located within the genomic DNA of an organism for diagnosis and characterization of the attribute or origin of the tissue (or tissues) or cells (or cells),
(i) isolating DNA from two or more samples of cells of known but different attributes or origins;
(ii) identifying the methylation status of a methylatable locus in the isolated DNA of each sample;
(iii) comparing the methylation status of isolated DNA from each sample;
(iv) selecting a subset of loci, wherein the subset is characterized by the methylation status of each locus, and the methylation status varies from sample to sample but has a single attribute or origin The process is not diagnosed individually, and
Including methods.
(i) 対照成長条件下で、注目する細胞のサンプルを成長させる工程と;
(ii) 工程(i)の注目する細胞と同じ細胞の少なくとも一つのサンプルを、少なくとも一つの非定型成長条件のある環境で成長させる工程と;
(iii) 工程(i)および(ii)の各細胞サンプルからDNAを単離する工程と;
(iv) 前記工程(iii)の単離したDNA中の、メチル化できる遺伝子座の、メチル化状態を特定する工程と;
(v) 前記工程(i)および(ii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する工程と;
(vi) 遺伝子座のサブセットを選択する工程であって、前記サブセットは、前記工程(ii)からの単離したDNAにおいて前記工程(i)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていることが特徴であり、かつ、前記サブセットの中の各遺伝子座は、ある非定型成長条件に応答してメチル化状態を変化させるが、他の非定型成長条件に対してはそうしない、工程と
を含む方法。 A method for identifying a DNA locus (stress sentinel) group for identifying an atypical growth condition (stress),
(i) growing a sample of the cell of interest under control growth conditions;
(ii) growing at least one sample of the same cell as the cell of interest of step (i) in an environment with at least one atypical growth condition;
(iii) isolating DNA from each cell sample of steps (i) and (ii);
(iv) identifying the methylation state of the locus that can be methylated in the isolated DNA of step (iii);
(v) comparing the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (ii);
(vi) selecting a subset of loci, wherein the subset is an isolated DNA from step (ii) that is different from the isolated DNA from step (i) And each locus in the subset changes the methylation status in response to certain atypical growth conditions, but not for other atypical growth conditions. Not including the step.
(i) 同一器官からの同一組織型については、同一のストレスに対して同様に応答してメチル化状態を再現可能に変化させる;
(ii) 同一時に同一個体からの同一組織から採取された複製サンプル間でのメチル化状態に、ばらつきを示さないか、好適には20%未満のばらつきをしめす;
(iii) 容易に検出される異なるストレス状態、または、細胞(複数の細胞)および/または組織(複数の組織)の属性または由来と関連した定性的メチル化変化を生む;
(iv) 容易に検出される異なるストレス状態、または、細胞(複数の細胞)および/または組織(複数の組織)の属性または由来と関連した顕著な定量的メチル化変化を生む;
(v) あるストレスに対して応答してメチル化状態を変化させるが、ほかのストレスについてはそうしない(好適には、ストレスの15〜85%について、より好適には、ストレスの25〜75%について、最も好適には、ストレスの40〜60%について変化させる);
(vi) (a)生物のストレス応答経路、(b)細胞(複数の細胞)および/または組織(複数の組織)のタイプの、好適には大部分を、理想的にはすべてを表す、メチル化に基づく遺伝子座を含む;
(vii) 生物の各組織/器官型について別々に組み立てられる;
(viii) 特定の組織、器官、または発生段階に対しての使用のみを意図していない限り、組織/発生段階の間でばらつきが無く、好適にはばらつきが10%未満である、
という特徴のうち一つ以上、たとえば二つ以上、三つ以上、四つ以上、五つ以上、六つ以上、七つまたは八つを有する、先行する請求項のいずれかに記載の方法。 Each locus in the subset of loci, or each selected DNA sequence,
(i) For the same tissue type from the same organ, reproducibly change the methylation status in response to the same stress in a similar manner;
(ii) show no variation or preferably less than 20% variation in methylation status between replicate samples taken from the same tissue from the same individual at the same time;
(iii) produce qualitative methylation changes associated with different easily detected stress conditions or attributes or origins of cells (multiple cells) and / or tissues (multiple tissues);
(iv) produce distinct stress states that are easily detected, or significant quantitative methylation changes associated with the attribute or origin of the cell (s) and / or tissue (s);
(v) changes methylation status in response to certain stresses but not other stresses (preferably for 15-85% of stress, more preferably 25-75% of stress) Most preferably for 40-60% of the stress);
(vi) (a) a stress response pathway of an organism, (b) methyl (preferably most), preferably all, of the cell (s) and / or tissue (s) types Including loci based on crystallization;
(vii) assembled separately for each tissue / organ type of an organism;
(viii) There is no variability between tissues / development stages, preferably less than 10%, unless intended for use only with specific tissues, organs, or developmental stages,
A method according to any preceding claim, having one or more of the following features, for example two or more, three or more, four or more, five or more, six or more, seven or eight.
(i) 対照成長条件下で、注目する細胞のサンプルを成長させる工程と;
(ii) 工程(i)の注目する細胞と同じ細胞のサンプルを、少なくとも一つの非定型成長条件のある環境で成長させる工程と;
(iii) 工程(i)および(ii)の各細胞サンプルからDNAを単離する工程と;
(iv) 前記工程(iii)の単離したDNA中の、メチル化できる遺伝子座の、メチル化状態を特定する工程と;
(v) 前記工程(i)および(ii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する工程と;
(vi) 遺伝子座のサブセットを選択する工程であって、前記サブセットは、前記工程(ii)からの単離したDNAにおいて前記工程(i)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていることが特徴であり、好適には前記サブセットの中の各遺伝子座は、ある非定型成長条件に応答してメチル化状態を変化させるが、他の非定型成長条件に対してはそうしない、工程と
(vii) 前記工程(vi)で選択された遺伝子座のサブセットを特定する工程と、
(viii) 前記選択されたサブセット遺伝子座のメチル化状態を前記非定型成長条件(複数の非定型成長条件)および/または注目する細胞サンプルに関連させる工程と、
を含む方法。 A method for identifying a group of DNA loci for identifying one or more atypical growth conditions,
(i) growing a sample of the cell of interest under control growth conditions;
(ii) growing a sample of the same cell as the cell of interest in step (i) in an environment with at least one atypical growth condition;
(iii) isolating DNA from each cell sample of steps (i) and (ii);
(iv) identifying the methylation state of the locus that can be methylated in the isolated DNA of step (iii);
(v) comparing the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (ii);
(vi) selecting a subset of loci, wherein the subset is an isolated DNA from step (ii) that is different from the isolated DNA from step (i) Preferably, each locus in the subset changes methylation status in response to certain atypical growth conditions, but for other atypical growth conditions Otherwise, the process and
(vii) identifying the subset of loci selected in step (vi);
(viii) associating the methylation status of the selected subset loci with the atypical growth conditions (multiple atypical growth conditions) and / or the cell sample of interest;
Including methods.
(i) 対照成長条件下で、注目する細胞の複数のサンプルを成長させる工程であって、前記複数の注目する細胞は異なる遺伝子型を有する、工程と;
(ii) 工程(i)のように注目する細胞の複数のサンプルを成長させる工程であって、前記細胞は少なくとも一つの非定型成長条件のある環境にある、工程と;
(iii) 工程(i)および(ii)の各細胞サンプルからDNAを単離する工程と;
(iv) 前記工程(iii)の単離したDNA中の、メチル化できる遺伝子座の、メチル化状態を特定する工程と;
(v) 前記工程(i)および(ii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する、または、前記工程(i)および(iii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する、もしくは前記工程(ii)および(iii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する工程と;
(vi) 遺伝子座のサブセットを選択する工程であって、前記サブセットは、前記工程(ii)からの単離したDNAにおいて前記工程(i)または(iii)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていること;および/または前記工程(iii)からのDNAにおいて前記工程(i)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていること、が特徴であり、好適には前記サブセットの中の各遺伝子座は、ある非定型成長条件に応答してメチル化状態を変化させるが、他の非定型成長条件に対してはそうしない、工程と;
(vii) 前記工程(vi)で選択された遺伝子座のサブセットを特定する工程と、
(viii) 前記遺伝子座のサブセットとそのメチル化状態を、前記遺伝子座を選択するために使用された前記非定型成長条件および/または注目する細胞サンプルに関連させる工程と、
を含む方法。 A method for specifying a plurality of DNA loci for specifying atypical growth conditions,
(i) growing a plurality of samples of cells of interest under control growth conditions, wherein the plurality of cells of interest have different genotypes;
(ii) growing a plurality of samples of the cell of interest as in step (i), wherein the cell is in an environment with at least one atypical growth condition;
(iii) isolating DNA from each cell sample of steps (i) and (ii);
(iv) identifying the methylation state of the locus that can be methylated in the isolated DNA of step (iii);
(v) compare the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (ii) or compare the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (iii) Or comparing the methylation status of the isolated DNA from steps (ii) and (iii) above;
(vi) selecting a subset of loci, wherein the subset is a locus that is different from the isolated DNA from step (i) or (iii) in the isolated DNA from step (ii); And / or the DNA from step (iii) is different in the methylation state of the locus from the isolated DNA from step (i). And preferably each locus in the subset changes the methylation state in response to certain atypical growth conditions, but not to other atypical growth conditions; and
(vii) identifying the subset of loci selected in step (vi);
(viii) associating the subset of loci and their methylation status with the atypical growth conditions and / or cell sample of interest used to select the locus;
Including methods.
(i) 対照成長条件下で、注目する細胞のサンプルを成長させる工程と;
(ii) 工程(i)の注目する細胞と同じ細胞の複数のサンプルを、少なくとも一つの非定型成長条件のある環境で成長させる工程であって、各サンプルは異なる非定型成長条件中で成長させられる、工程と;
(iii) 工程(i)および(ii)の各細胞サンプルからDNAを単離する工程と;
(iv) 前記工程(iii)の単離したDNA中の、メチル化できる遺伝子座の、メチル化状態を特定する工程と;
(v) 前記工程(i)および(ii)からの単離したDNAのメチル化状態を比較する工程と;
(vi) 遺伝子座のサブセットを選択する工程であって、前記サブセットは、前記工程(ii)の各サンプルからの単離したDNAにおいて前記工程(i)からの単離したDNAとは遺伝子座のメチル化状態が異なっていることが特徴であり、好適には、前記サブセット中の各遺伝子座は、ある非定型成長条件に応答してメチル化状態を変化させるが、他の非定型成長条件に対してはそうしない、工程と;
(vii) 前記工程(vi)で選択された遺伝子座のサブセットを特定する工程と;
(viii) 前記遺伝子座のサブセットとそのメチル化状態とを、前記工程(ii)の異なる非定型成長条件に関連させる工程と;
を含む方法。 A method for identifying a group of DNA loci for identifying a plurality of atypical growth conditions,
(i) growing a sample of the cell of interest under control growth conditions;
(ii) A step of growing a plurality of samples of the same cell as the cell of interest in step (i) in an environment having at least one atypical growth condition, wherein each sample is grown in a different atypical growth condition. A process;
(iii) isolating DNA from each cell sample of steps (i) and (ii);
(iv) identifying the methylation state of the locus that can be methylated in the isolated DNA of step (iii);
(v) comparing the methylation status of the isolated DNA from steps (i) and (ii);
(vi) selecting a subset of loci, wherein the subset is an isolated DNA from each sample of step (ii) that is different from the isolated DNA from step (i) The methylation status is different, preferably each locus in the subset changes the methylation status in response to certain atypical growth conditions, but not to other atypical growth conditions. For the process, not so;
(vii) identifying a subset of the loci selected in step (vi);
(viii) associating the subset of loci and their methylation status with different atypical growth conditions of step (ii);
Including methods.
必要に応じてさらに含む、請求項8〜10のいずれかに記載の方法。 (ix) the methylation status of a subset of the selected loci, the atypical growth conditions (multiple atypical growth conditions) that were not used to select the loci, and / or tissues / The steps associated with cell types, and / or combinations thereof,
The method according to any one of claims 8 to 10, further comprising as necessary.
(xii) 前記工程(xi)の単離したDNA中の、前記工程(vii)で特定された前記遺伝子座のサブセットのメチル化状態を特定する工程と;
(xiii) 前記工程(xi)の細胞のサンプルが非定型成長条件に曝露されていたかどうかを特定するために、前記工程(xii)で特定された遺伝子座のメチル化状態を、前記工程(viii)の結果と比較する工程と、
を必要に応じてさらに含む、請求項8〜13のいずれかに記載の方法。 (xi) isolating DNA from a sample of cells, wherein the growth conditions of the cells are unknown;
(xii) identifying the methylation status of the subset of the loci identified in step (vii) in the isolated DNA of step (xi);
(xiii) In order to identify whether the sample of cells of step (xi) has been exposed to atypical growth conditions, the methylation status of the locus identified in step (xii) is determined by the step (viii ) To compare with the results of
14. The method according to any one of claims 8 to 13, further comprising:
(xii) 前記工程(xi)の単離したDNA中の、前記工程(vii)で特定された前記遺伝子座のサブセットのメチル化状態を特定する工程と;
(xiii) 前記細胞(またはその細胞が得られた組織/生物)が、特徴が明瞭または不明瞭な非定型成長条件に対する表現型および/または生理学的応答をしたかどうかを特定するために、前記工程(vi)で特定された遺伝子座のメチル化状態を、前記工程(x)の結果と比較する工程と、
を必要に応じてさらに含む、請求項8〜13のいずれかに記載の方法。 (xi) isolating DNA from a sample of cells, the phenotype of said cell (or the tissue / organism from which it was obtained) and / or when exposed to one or more atypical growth conditions Or the physiological response is unknown, the process;
(xii) identifying the methylation status of the subset of the loci identified in step (vii) in the isolated DNA of step (xi);
(xiii) In order to identify whether the cell (or the tissue / organism from which it was obtained) had a phenotypic and / or physiological response to atypical growth conditions that are clearly or unclear Comparing the methylation status of the locus identified in step (vi) with the result of step (x);
14. The method according to any one of claims 8 to 13, further comprising:
(a) 同時に、先行するいずれかの請求項の方法を行って、一つ以上のDNA遺伝子座群を一つ以上の非定型成長条件と関連させる工程か、または
(b)一つ以上の非定型成長条件で一つ以上のDNA遺伝子座群を特定するために、先行するいずれかの請求項の工程(viii)および(ix)の結果を組み合わせる工程か、
のいずれかの工程を含む、方法。 A method of identifying one or more groups of DNA loci for identifying one or more atypical growth conditions,
(a) simultaneously performing the method of any preceding claim to associate one or more DNA loci groups with one or more atypical growth conditions; or
(b) combining the results of steps (viii) and (ix) of any preceding claim to identify one or more DNA loci groups under one or more atypical growth conditions;
A method comprising any of the steps.
(i) 注目する細胞からDNAを単離する工程であって、前記細胞の成長条件が不明である、工程と;
(ii) 前記工程(i)の単離したDNA中の、メチル化できる遺伝子座群のメチル化状態を特定する工程と;
(iii) 前記工程(ii)で特定されたような遺伝子座のメチル化状態を、同一の遺伝子座群についての既知のメチル化状態群と比較する工程であって、前記既知のメチル化状態群は一つ以上のストレスの特徴を示している、工程と;
(iv) 注目する細胞が非定型成長条件(複数の非定型成長条件)に曝露されていたかどうかを特定する工程と
を含む、方法。 A method for identifying one or more atypical growth conditions to which a cell of interest has been exposed, comprising:
(i) a step of isolating DNA from the cell of interest, wherein the growth conditions of the cell are unknown;
(ii) identifying the methylation state of a group of loci that can be methylated in the isolated DNA of step (i);
(iii) comparing the methylation state of the locus as identified in step (ii) with a known methylation state group for the same locus group, the known methylation state group Is a process exhibiting one or more stress characteristics;
(iv) identifying whether the cell of interest has been exposed to atypical growth conditions (a plurality of atypical growth conditions).
AT2G15800
AT2G38240
AT5G54720
AT1G76650
AT3G31540
AT3G28820
AT5G02580
AT1G07120
AT1G61800
AT1G48110
AT5G28235
AT5G28430
AT5G28760
AT3G53300
AT5G46200
AT3G57260
AT4G02330
AT3G05400
AT5G25110
AT3G28770
AT5G62750 A group of DNA loci for identifying one or more atypical growth conditions to which an Arabidopsis cell sample has been exposed, wherein the loci of different methylation status and / or expression are of the following Arabidopsis genes: A group of DNA loci located in one or more, for example, all, or up to 5 kb upstream / downstream thereof.
AT2G15800
AT2G38240
AT5G54720
AT1G76650
AT3G31540
AT3G28820
AT5G02580
AT1G07120
AT1G61800
AT1G48110
AT5G28235
AT5G28430
AT5G28760
AT3G53300
AT5G46200
AT3G57260
AT4G02330
AT3G05400
AT5G25110
AT3G28770
AT5G62750
ZNRF3
SLC7A4
Myosin-18B(MYO18B)
Glycoprotein Ib (platelet), beta polypeptide
RP1-47A17.8
OncostatinM(OSM)
CTA-299D3.6
CTA-941F9.6
Cytohesin-4
PIB5PA
SUSD2
chr 22:35,256,796-35,277,053,NCBI 36
RP3-438O4.2
RP4-756G23.1
Somatostatin receptor type 3 (SSTR3)
Bcl-2 interacting killer (BIK)
GAS2L1
RP3-355C18.2
Gamma-parvin
CARMA 3
TMPRSS6
Platelet-derived growth factor B chain precursor (PDGFB)
CELSR1 Cadherin
T-box transcription factor (TBX1)
Q6ZRW2_HUMAN
NKG2DL4 (RAET1E)
DAAM2
RP1-47M23.1
RP11-397G17.1
Nesprin-1 (Syne-1)
Myogenic repressor I-mf (MDFI)
RP11-174C7.4
CMAH
PKHD1
Glutathione peroxidase 5
GRIK2
SLC22A1
RP11-235G24.1
TBX18
TGM3
RIN2
SLC24A3
Q9ULE8_HUMAN
C20orf117
Breast carcinoma amplified sequence 4 (BCAS4)
Nuclear factor of activated Tcells (NFATC2)
SCUBE1
JAG1 A group of DNA loci for identifying one or more atypical growth conditions to which a human cell sample has been exposed, wherein the loci of different methylation status and / or development are: A group of DNA loci located in one or more of them, for example, all or up to 5 kb upstream / downstream thereof.
ZNRF3
SLC7A4
Myosin-18B (MYO18B)
Glycoprotein Ib (platelet), beta polypeptide
RP1-47A17.8
OncostatinM (OSM)
CTA-299D3.6
CTA-941F9.6
Cytohesin-4
PIB5PA
SUSD2
chr 22: 35,256,796-35,277,053, NCBI 36
RP3-438O4.2
RP4-756G23.1
Somatostatin receptor type 3 (SSTR3)
Bcl-2 interacting killer (BIK)
GAS2L1
RP3-355C18.2
Gamma-parvin
CARMA 3
TMPRSS6
Platelet-derived growth factor B chain precursor (PDGFB)
CELSR1 Cadherin
T-box transcription factor (TBX1)
Q6ZRW2_HUMAN
NKG2DL4 (RAET1E)
DAAM2
RP1-47M23.1
RP11-397G17.1
Nesprin-1 (Syne-1)
Myogenic repressor I-mf (MDFI)
RP11-174C7.4
CMAH
PKHD1
Glutathione peroxidase 5
GRIK2
SLC22A1
RP11-235G24.1
TBX18
TGM3
RIN2
SLC24A3
Q9ULE8_HUMAN
C20orf117
Breast carcinoma amplified sequence 4 (BCAS4)
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