JP2014520529A - アルツハイマー病を示すマイクロrnaバイオマーカー - Google Patents

アルツハイマー病を示すマイクロrnaバイオマーカー Download PDF

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Abstract

アルツハイマー病は、ヒトの中枢神経系の進行性疾患である。本発明は、対象から得たサンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定することにより、対象においてアルツハイマー病を診断する方法を提供し、好適な対照に対する少なくとも1つのmiRNAのレベルにおける変化は、対象においてアルツハイマー病を示す。アルツハイマー病の過程のモニタリングのための方法、アルツハイマー病を有する対象を治療する方法、及びアルツハイマー病の診断のためのキットもまた提供される。
【選択図】なし

Description

関連出願
本願は、2011年6月27日に出願された米国特許仮出願第61/501,720号に優先権を主張するものであり、その全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
アルツハイマー病は、ヒトの中枢神経系の進行性疾患である。これは、典型的には高齢者における痴呆によって、方向感覚の喪失、記憶喪失、言語、計算、又は視覚−空間能力の障害を含む症状、並びに精神医学的な徴候によって顕在化する。アルツハイマー病は、脳のいくつかの領域における変質するニューロンに関連する。アルツハイマー病の神経病理は、アミロイド斑、神経原線維変化、シナプス損失及び選択的神経細胞死の存在によって特性化される。アミロイド斑は、細胞外アミロイドβペプチドの異常レベルが原因で発生し、一方神経原線維変化は細胞内高リン酸化tauタンパク質の存在に関連する。症状は、典型的には、記憶の低下でまず臨床的に顕在化し、その後他の認知機能の低下、更に異常行動に続く。世界中で約2,400万人の人々が痴呆症を有し、その大部分(〜60%)がアルツハイマー病に起因する(非特許文献1)。約500万人のアメリカ人が、アルツハイマー病を有すると推定され、この数字は、2000年から350%の増加を示し、今世紀半ばまでに1億4,300万人にまで増加すると予想される。先進諸国における増大する痴呆患者数は、社会及び健康管理システムに大きな負担をかけるであろう。
Ferri C.P.ら著、(2005年)、Lancet 366(9503):2112−2117
初期診断は、疾患の進行を遅らせることが可能な薬剤を対象に受けさせるために、初期診断は、アルツハイマー病の治療における必須のステップである。現在、アルツハイマー病は、臨床基準の組み合わせを使用して診断され、これらは神経学的検査、精神状態検査、及び脳画像診断を含むことができる。アルツハイマー病の診断は、他の痴呆症を省くことによって行われる場合が多い。これら基準に基づいては、特に軽度及び初期アルツハイマー病を有する患者については、正確な診断が困難な場合がある。明確な診断は、脳組織の病理を検査することによってなされ得るが、これは死後に可能であるに過ぎない。したがって、診断的用途で使用され得るアルツハイマー病を示すマーカーへの要求が存在する。
本発明は、アルツハイマー病を示す新規なmiRNAバイオマーカーを提供し、このmiRNAバイオマーカーは対象においてアルツハイマー病を正確に診断するために使用され得る。これらバイオマーカーは、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、miR−301a及びmiR−545を含む。一部の実施形態では、この方法は、好適なサンプル中の、好ましくは、血液、血漿、血清、尿、又は唾液中の細胞外の循環miRNAの検出を伴う。
したがって、第1の態様では、本発明は、対象から得た循環miRNAを含有するサンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定することによる、対象のアルツハイマー病を診断する方法を提供し、少なくとも1つのmiRNAは、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、又はこれらの組み合わせであり、好適な対照に対して決定される、正常な対象に対する少なくとも1つのmiRNAのレベルの差が、対象におけるアルツハイマー病を示す。例えば、一実施形態では、方法は、対象から得た循環miRNAを含有するサンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定することを含み、少なくとも1つのmiRNAは、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、又はこれらの組み合わせであり、対照に対する少なくとも1つのmiiRNAのレベルの減少は、対象におけるアルツハイマー病を示す。必要に応じて、本方法は、サンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルに基づいて、対象がアルツハイマー病の有無の診断を提供することを更に含む。一実施形態では、本方法は、好適な対照に対する少なくとも1つのmiRNAのレベルの差を、対象におけるアルツハイマー病の診断に相関させることを更に含んでもよい。
一実施形態では、方法は、サンプル中の1つのmiRNA、例えばmiR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g又はLet−7dのレベルを決定することを含み、正常な対象に対する少なくとも1つのmiRNAのレベルの差が減少である。
別の実施形態では、本方法は、サンプル中の2つ以上のmiRNAのレベルを決定することを含む。この実施形態では、方法は、サンプル中のmiR−301a、miR−545、若しくはmiR−301a及びmiR−545のレベルを決定することを更に含んでもよい。例えば、少なくとも1つのmiRNAは、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、又はこれらの組み合わせから選択され得、必要に応じて、少なくとも1つのmiRNAは、miR−301a、miR
−545、若しくはmiR−301a及びmiR−545から選択され得る。一実施形態では、本方法は、miR−545、let7g、及びmiR−15b;miR−15b及びmiR−545;miR−301a、miR−545、let−7g及びmiR−15b;miR−191及びmiR−15b;Let−7g及びmiR−15b;miR−191、miR−301a、及びmiR−545;miR−301a、let−7g、及びmiR−15b;並びにmiR−191、miR−301a、miR−545、及びmiR−15b、のうちのmiRNAの組み合わせの1つのレベルを決定することを有する。
1つの特定の実施形態では、本方法は、対象からの循環miRNAを含有するサンプル中の2つ以上のmiRNAのレベルを決定することと、サンプル中の2つ以上のmiRNAのレベルを、正常な対象及びアルツハイマー病を有する対象において存在する同一のmiRNAのレベルを表すデータのセットを比較することと、この比較に基づいて、アルツハイマー病の有無として対象を診断することとを含むことができる。一部の実施形態では、2つ以上のmiRNAは、miR−545、let7g、及びmiR−15b;miR−15b及びmiR−545;miR−301a、miR−545、let−7g及びmiR−15b;miR−191及びmiR−15b;Let−7g及びmiR−15b;miR−191、miR−301a、及びmiR−545;miR−301a、let−7g、及びmiR−15b;並びにmiR−191、miR−301a、miR−545、及びmiR−15bの組み合わせを含むことができる。
本方法は、必要に応じて、アルツハイマー病の診断を容易にするための少なくとも1つの追加試験を実行することを含んでもよい。特定の実施形態では、追加試験は、簡易精神状態検査(MMSE)、mini−cog試験、ADAS−cog試験、及び時計描画試験の1つ以上であり得る。必要に応じて又はこれに加えて、追加試験は、アルツハイマー病についての少なくとも1つの追加バイオマーカーを検出又は評価することを含んでもよい。
方法は、必要に応じて、対象に少なくとも1つのアルツハイマー病治療薬の治療的有効量を投与することを含む。特定の実施形態では、アルツハイマー病治療薬は、Razadyne(登録商標)(ガランタミン)、Exelon(登録商標)(リバスチグミン)、又はAricept(登録商標)(ドネペジル)であり得る。特定の実施形態では、アルツハイマー治療薬は、ドネペジル若しくはその薬学的に許容可能な塩又はエステル(例えば、ドネペジル塩酸塩)である。
miRNAのレベルは、任意な好適な方法により検出され得る。例えば、miRNAは、miRNAに特異的にハイブリダイズする薬剤を使用して検出されてもよい。特定の実施形態では、miRNAのレベルは、増幅法、ハイブリダイゼ―ション法、及び/又は配列決定法を使用して検出され得る。一実施形態では、miRNAのレベルは、定量的PCRを使用して検出されてもよい。
別の態様では、本発明は、対象においてアルツハイマー病を診断する方法を提供し、本方法は、対象からの血液由来サンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルを測定することとであって、少なくとも1つのmiRNAは、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、又はこれらの組み合わせであることと、対照に対する対象におけるレベルの差を、対象におけるアルツハイマー病の診断と相関させることとを含む。一実施形態では、方法は、サンプル中のmiR−301a、miR−545、若しくはmiR−301a及びmiR−545のレベルを測定することを更に含んでもよい。
別の態様では、本発明は、対象においてアルツハイマー病の経過を監視する方法を提供し、本方法は、対象からの循環miRNAを含有する第1のサンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定することと、該対象からの循環miRNAを含有する、該第1のサンプル後に得られた第2のサンプル中の該少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定することと、並びに第1のサンプル中で決定されたレベルを、第2のサンプル中で決定されたレベルと比較することとにより行われ、該レベルはアルツハイマー病の進行を示し、少なくとも1つのmiRNAは、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、又はこれらの組み合わせである。一実施形態では、方法は、サンプル中のmiR−301a、miR−545、若しくはmiR−301a及びmiR−545のレベルを決定することを更に含んでもよい。
別の態様では、本発明は、対象でアルツハイマー病を治療する方法を提供し、本方法は、該対象からの循環miRNAを含有するサンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定することであって、好適な対照に対して決定される、正常な対象に対する少なくとも1つのmiRNAのレベルの差は、対象においてアルツハイマー病を示すことと、少なくとも1つのmiRNAのレベルの差が検出された場合に、アルツハイマー治療薬を含む組成物の治療的有効量を対象に投与することとによる。一実施形態では、少なくとも1つのmiRNAは、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、又はこれらの組み合わせである。方法は、必要に応じて、サンプル中のmiR−301a、miR−545、若しくはmiR−301a及びmiR−545のレベルを測定することを更に含んでもよい。
別の態様では、本発明は、アルツハイマー病を有する対象を治療する方法を提供し、本方法は、対象からの循環miRNAを含有するサンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルが好適な対照に対して異なる(例えば、減少する)、アルツハイマー病を有する対象を特定することと、対象にアルツハイマー治療薬の治療的有効量を投与することとによる。一実施形態では、少なくとも1つのmiRNAは、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、又はこれらの組み合わせである。本方法は、必要に応じて、好適な対照に対して、サンプル中のmiR−301a、miR−545、若しくはmiR−301a及びmiR−545のレベルが異なる(例えば、減少する)対象を特定することを含んでもよい。これら態様では、アルツハイマー治療薬は、Razadyne(登録商標)(ガランタミン)、Exelon(登録商標)(リバスチグミン)、又はAricept(登録商標)(ドネペジル)であり得る。例示的な実施形態では、アルツハイマー病治療薬は、ドネペジル若しくはその薬学的に許容可能な塩又はエステル(例えば、ドネペジル塩酸塩)である。
別の態様では、本発明は、対象においてアルツハイマー病を診断するためのキットを提供し、本キットは、対象からの循環miRNAを含有するサンプル中の少なくとも1つのmiRNAの存在を選択的に検出する薬剤であって、少なくとも1つのmiRNAは、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、又はこれらの組み合わせである薬剤と、該少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定するための使用説明書とを具備し、好適な対照に対して決定される、正常な対象に対する少なくとも1つのmiRNAのレベルの差が、対象においてアルツハイマー病を示す。かかるキットは、必要に応じて、少なくとも1つの追加のmiRNAの存在を選択的に検出する薬剤を具備してもよく、追加のmiRNAは、miR−301a、miR−545、若しくはmiR−301a及びmiR−545である。一部の実施形態では、薬剤は、miRNAに特異的にハイブリダイズする。
本明細書に記載の方法又はキットの一部の実施形態では、対象は、哺乳類、例えばヒトであり得る。
本明細書に記載の方法又はキットにおいて、好適な対照に対する少なくとも1つのmiRNAのレベルの差は、ソフトウェア分類アルゴリズムを実行することにより決定されてもよい。
方法及びキットの特定の実施形態では、サンプルは、体液、例えば血液、リンパ液、尿、又は唾液であってもよい。サンプルは、無細胞サンプル及び/又は無微細小胞サンプルであり得る。一実施形態では、サンプルは血漿である。別の実施形態では、サンプルは血清である。
1つのmiRNAが選択され又は使用される方法及びキットの特定の実施形態では、該miRNAは、(a)miR−191以外のmiRNA、(b)miR−15b以外のmiRNA、(c)miR−142−3p以外のmiRNA、(d)Let−7g以外のmiRNA、及び/又はLet−7d以外のmiRNAである。
サンプルがCSFである方法及びキットの特定の実施形態では、miRNAは、(a)miR−15b以外のmiRNA、及び/又は(b)miR−191以外のmiRNAである。
nCounter miRNAアッセイを使用する、コホート1(20人のアルツハイマー病(AD)又は軽度認知障害(MCI)患者(11人のAD;9人のMCI)並びに20人の正常対照(NC)患者)からの正規化miRNA発現の散布図である。 nCounter miRNAアッセイを使用する、コホート1(20人のアルツハイマー病(AD)又は軽度認知障害(MCI)患者(11人のAD;9人のMCI)並びに20人の正常対照(NC)患者)からの正規化miRNA発現の散布図である。 TaqMan RT−qPCRを使用する、コホート1(20人のAD又はMCI患者並びに20人のNC患者)からの個々の候補miRNAバイオマーカーの平均対照値に正規化された、線形倍率変化値の散布図である。 TaqMan RT−qPCRを使用する、コホート2(20人のAD及び17人のNC患者)からの個々の候補miRNAバイオマーカーの平均対照値に正規化された、線形倍率変化値の散布図である。 表1:PrecisionMed社から入手される、診断、年齢、性別、MMSEスコア及び来院番号を含むコホート1中の患者の利用可能な詳細である。 表2:miRNAバイオマーカー及び正規化に使用されるmiRNAの配列及びmiRBASE受入番号である。 表3:コホート1サンプル(20人のAD又はMCI(11人のAD;9人のMCI)並びに20人のNC)についてのNanostringとTaqManプラットフォームとの間の候補miRNAバイオマーカーについての平均倍率変化値の相関である。 表4:コホート1サンプルのサブセット(11人のAD及び20人のNC)を使用するTaqMan qPCRから誘導された相対的Ct値データであり、このデータを使用して、AD患者とNC患者との間を識別するための候補miRNAバイオマーカーのシグネチャーパターンを生成した。 表5:PrecisionMed社から入手される、診断、年齢、性別、MMSEスコア及び来院番号を含むコホート1中の患者の利用可能な詳細である。 表6:TaqMan RT−qPCR miRNAアッセイを使用するコホート1とコホート2の間の候補miRNAバイオマーカーついての平均倍率変化値(平均対照値に正規化された)である。 表7:コホート2のサンプル(20人のAD及び17人のNC)を使用するTaqMan qPCRから誘導された相対的Ct値であり、これをコホート1のデータ(表4)から誘導されたシグネチャーを、AD及びNC患者状態を予測するためのアルゴリズムのための入力として使用した。 表8A:アルツハイマー病を示す候補miRNAバイオマーカーシグネチャーである。 表8B:アルツハイマー病を示す候補miRNAバイオマーカーシグネチャーである。 表8C:アルツハイマー病を示す候補miRNAバイオマーカーシグネチャーである。 表9A:>75%の精度を有するmiRNAバイオマーカーシグネチャーについての精度、特異性、感度及びAUC(曲線下面積)である。 表9B:>75%の精度を有するmiRNAバイオマーカーシグネチャーについての精度、特異性、感度及びAUC(曲線下面積)である。 表10:予測にコホート2のサンプルを使用する、選択された8つのmiRNAシグネチャーの組み合わせについての精度、特異性、感度及びAUC(曲線下面積)である。 表11:予測にコホート2のサンプルを使用する個々のmiRNAについての精度、特異性、感度及びAUC(曲線下面積)である。
1.概要
本発明は、アルツハイマー病を示す新規なmiRNAバイオマーカーを提供し、このmiRNAバイオマーカーは、対象においてアルツハイマー病を正確に診断するために使用され得る。これに加えて、アルツハイマー病の過程のモニタリングのための方法、アルツハイマー病を有する対象を治療する方法、及びアルツハイマー病を診断するためのキットが提供される。一部の実施形態では、方法は、好適なサンプル中の、好ましくは血液、血漿、血清、尿、又は唾液中の細胞外の循環miRNAの検出を必然的に伴う。
2.用語の定義
本発明を詳細に記載する前に、本明細書で使用される特定の用語の定義が提供される。特段の断りのない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び専門用語は、当業者により通常理解されるものと同一の意味を有する。
本発明を説明する文脈における(特に、以下の特許請求の範囲の文脈における)用語「a」及び「an」及び「the」並びに類似の指示対象は、本明細書に別に記載がないか又は前後関係において明らかに否定されない限り、単数形及び複数形の双方をカバーするものとして解釈される。用語「含む、comprising」、「有する、having」、「含む、including」、及び「含有する、containing」は、特に明記されない限り、自由用語(すなわち、限定されないが、「including」を意味するもの)として解釈されるべきである。本明細書での数値の範囲の列挙は、別に記載がない限り、列挙されるか、範囲内に入るそれぞれの別個の数値を個々に示す略記法として役立つよう意図されているに過ぎず、それぞれの別個の数値は、これが個々に列挙される場合、本明細書に組み込まれるものである。
用語「対象」とは、アルツハイマー病などの神経変性疾患、又はアルツハイマー病に直接的又は間接的に関与する任意の障害を含むCNS障害に関連する痴呆症に罹患しているか又は罹患する可能性がある動物を包含するよう意図される。対象の例としては、哺乳類、例えば、ヒト、非ヒト霊長類、イヌ、ウシ、ウマ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、ネコ、マウス、ウサギ、ラット、及び遺伝子組み換え非ヒト動物が挙げられる。特定の実施形態では、対象はヒト、例えば、アルツハイマー病又はアルツハイマー病に関連する痴呆症に罹患しているヒト、これに罹患している危険にさらされたヒト、潜在的にこれに罹患する可能性があるヒトである。
本明細書で使用する場合、用語「治療する」とは、対象における疾患の1つ以上の症状を緩和し、低減し又は軽減することを意味する。例えば、アルツハイマー病に関しては、用語「治療する」とは、認知障害(記憶及び/又は方向感覚の障害)若しくは全般的な機能(日常生活の活動を含む全体的機能)の障害を緩和し、低減し、又は軽減すること及び/又は全般的障害又は認知障害における進行性悪化を遅くする又は逆転させることを含む。したがって、用語「治療する」はまた、疾患又は疾患の症状の臨床所見の前に、発症を遅延させる又は予防すること及び/又は疾患の症状の発症又は悪化のリスクを低減することを包含する。
治療薬、又はその組み合わせの「治療的有効量」とは、対象において疾患を治療するのに十分な量である。例えば、アルツハイマー病については、治療的有効量は、アルツハイマー病のベースラインの臨床的に観察可能な徴候及び症状と比較して、観察可能な治療的有益性を提供することが示された量であり得る。
用語「約」又は「およそ」は、通常、所定の数値又は範囲の5%以内、又はより好ましくは1%以内を意味する。
3.アルツハイマー病に関するmiRNAバイオマーカー
本発明は、「正常」である対象、すなわち、アルツハイマー病を有さない対象と比較した場合に、アルツハイマー病(AD)を有する対象から得た生物学的サンプル中に示差的に存在することが確認されたマイクロRNA(「miRNA」バイオマーカーに関する。サンプル中のmiRNAバイオマーカー又はmiRNAバイオマーカーのセットの発現のレベルの差が、統計的に有意であることが決定される場合、miRNAバイオマーカー又はmiRNAバイオマーカーのセットは、示差的に存在する。統計的有意性のための一般的試験としては、t−検定、ANOVA、クニスカル・ワリス検定、ウィルコクソン検定、マン・ホイットニー検定、及びオッズ比が挙げられるが、これらに限定されない。miRNAバイオマーカーは、単独で又は組み合わされて、対象がアルツハイマー病の有無の相対的リスクの尺度を提供するよう使用され得る。
miRNAは、翻訳抑制を含む異なる機構を通して遺伝子発現を調節することに関与する小型の非コードRNAである。miRNAは、サイズが数百から数千のヌクレオチドの範囲で、長い一次miRNA転写物(「pri−miRNA」)として、最初にDNAから転写される。pri−miRNAは酵素複合体Drosha−DGCR8により核内で処理され、ステム−ループ前駆体miRNA(「pre−miRNA」)を形成する。pre−miRNAは、タンパク質エクスポルチン5により細胞質に輸送され、ここでこれは酵素Dicerにより開裂され、成熟(機能的)miRNAを生成する。ヒトゲノムは、1300個を超えるmiRNAをコード化し、これは「miRBase;マイクロRNAデータベース」(http://www.mirbase.org/)で分類されている。miRNA発現は、多様な細胞型及び組織型、並びに細胞外で、例えば生物学的体液で報告されている。
アルツハイマー病のmiRNAバイオマーカーは、アルツハイマー病を有する対象から得た生物学的サンプル中のmiRNAの発現のレベルを、「正常」である対象、すなわちADを有さない対象から得た生物学的サンプルと比較し、示差的に存在するmiRNAを特定することによって発見された。7つの示差的に存在するmiRNAバイオマーカーが、この方法で特定され、驚くべきことに、これらが血漿中で測定される場合、アルツハイマー病を示すことが見出された(これらは、miR−191、miR−15b、let−7d、let−7g、mir−142−3p、miR−301a、及びmiR−545である(表2を参照))。これらmiRNAバイオマーカーは、対象のアルツハイマー病状態、例えば、そのアルツハイマー病状態が今までに知られていないかった対象又はアルツハイマー病に冒されていることが疑われる対象を判定するために使用されることができる。これは、対象から得た生物学的サンプル中のmiR−191、miR−15b、let−7d、let−7g、mir−142−3p、miR−301a、miR−545、又はこれらの組み合わせの1つ以上のレベルを決定することにより達成され得る。正常な対象から得た生物学的サンプル中のものと比べたときのこれらmiRNAバイオマーカーの1つ以上のレベルの差は、対象がアルツハイマー病を有することの指標である。
正常な対象と比べて、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルの差を有する対象は、初期アルツハイマー病、中等度又は中期アルツハイマー病、若しくは重度又は後期アルツハイマー病を含むアルツハイマー病を有する可能性がある。一実施形態では、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルは、前駆アルツハイマー病としても知られる初期アルツハイマー病の症状特徴を有する対象においてアルツハイマー病を診断するよう使用され得る。初期アルツハイマー病を有する対象は、典型的には、24〜30のMMSEスコアを有する。軽度の記憶喪失及び複雑な仕事を実行するための低下する能力に関する不満が、自己申告され若しくは配偶者及び/又は介護者により報告される場合が多い。
別の実施形態では、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルは、「中等度」又は「中期」アルツハイマー病とも呼ばれる、「中等度乃至重度の認知能力の低下」を特徴とする症状を有する対象においてアルツハイマー病を診断するよう使用され得る。中等度乃至重度の認知能力の低下は、記憶における主要なギャップ及び認知機能における異常の出現を特徴とする。この段階では、日々の活動での一部の補助が示唆される。
別の実施形態では、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルは、「中等度」又は「中期」アルツハイマー病とも呼ばれる、「重度の認知能力の低下」を特徴とする症状を有する対象においてアルツハイマー病を診断するよう使用され得る。重度の認知能力低下では、記憶障害が悪化し続け、著しい性格の変化が現れる場合もあり、冒された個人は、典型的には、慣習的な毎日の活動で高範囲の補助を必要とする。
別の実施形態では、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルは、「重度」又は「後期」アルツハイマー病とも呼ばれる、「極めて重度の認知能力の低下」を特徴とする症状を有する対象においてアルツハイマー病を診断するよう使用され得る。後期アルツハイマー病又は極めて重度の認知能力低下は、疾患の最終段階である。個人は、典型的には、彼らの環境に反応する能力、話す能力を失い、最終的には移動を制御する能力を失う。(例えば、http://www/alz.orgを参照されたい)。
別の実施形態では、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルは、0と26との間のMMSEスコア、例えば、0〜10のMMSE得点、0〜20のMMSEスコア、0〜26のMMSEスコア等を有する対象においてアルツハイマー病を診断するために使用され得る。「MMSE」とは、認知評価共同体で使用される簡易精神状態検査である。MMSE中に、医師又は他の医療専門家が患者に日常的な精神的技量の範囲を検査するよう設計される一連の質問を尋ねる。一般的に解答される質問としては、例えば、3人の一般的対象者の名前を思い出させ、反復させること、年、日付、季節、及び曜日を述べさせること、100から戻って7飛びに数えること、単語「world」を逆に綴ること、検査者が彼らに指示したよく知っている対象物の名前を答えること、検査者のオフィスの場所を特定させること、検査者によって述べられた後に通り言葉を反復させること、2つの連結する形の絵を写させること、並びに以下の3部分の連続した命令(例えば、1枚の紙を拾い上げ、それを半分に折り畳み、それを床に置く)に従うことが挙げられる。MMSE検査における最大得点は30点である。一般的に、27〜30のMMSE得点を有する患者は、認知障害を有さないと考えられ、21〜26のMMSE得点を有する患者は、軽度の認知障害を有すると考えられ、11〜20のMMSE得点を有する患者は、中等度認知障害を有すると考えられ、0〜10のMMSE得点を有する患者は、重度の認知障害を有すると考えられる。特定の実施形態では、0〜16のMMSE得点を有する患者は、進行した(中等度乃至重度から重度の)アルツハイマー病を有すると考えられる。
一実施形態では、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルは、対象においてアルツハイマー病の経過をモニタリングするために使用され得る。対象のアルツハイマー病状態は、経時的に変化する可能性がある。例えば、この疾患は、経時的に悪化又は改善する場合がある。かかる悪化又は改善で、対象から得たサンプル中で検出されるように、1つ以上のmiRNAのレベルは変化する場合がある。例えば、miR−191、miR−15b、let−7d、let−7g、mir−142−3p、miR−301a、及び/又はmiR−545の1つ以上のレベルは、アルツハイマー病の進行で低下する。したがって、対象におけるアルツハイマー病の過程は、対象から得た第1のサンプル中の1つ以上のmiRNAバイオマオカーのレベルを決定し、対象から得た第2のサンプル中の1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルを決定することによってモニタリングされ得、ここで第2のサンプルは、第1のサンプルの後に得られる。第1のサンプル中のレベルに対する第2のサンプル中のレベルは、疾患進行を示す。例えば、第2のサンプルに対する第1のサンプルからのmiR−191、miR−15b、let−7d、let−7g、mir−142−3p、miR−301a、及び/又はmiR−545の1つ以上のレベルの減少は、対象がアルツハイマー病を進行させたこと、又は疾患が悪化したことを示す。逆に、第2のサンプルに対して第1のサンプルからのmiR−191、miR−15b、let−7d、let−7g、mir−142−3p、miR−301a、及び/又はmiR−545の1つ以上のレベルの増加は、疾患が改善されたことを示す。一実施形態では、1つ以上のmiRNAバイオマーカーは、miR−191、miR−15b、let−7d、let−7g、miR−142−3p、及びこれらの組み合わせである。
試験対象から得た生物学的サンプル中のmiRNAバイオマーカーのレベルが、正常対象において存在するか否かは、試験対象からのサンプル中のmiRNAのレベルを好適な対照と比較することにより確認され得る。当業者であれば、論議されているアッセイに関する適切な対照を選択することができる。例えば、好適な対照は、既知対象、例えば、正常な対象として既知の対象、又はアルツハイマー病を有することがわかっている対象に由来する生物学的サンプルであることができる。好適な対照が正常な対象から得られる場合、好適な対照に対する試験対象におけるmiRNAバイオマーカーのレベルの統計的に有意な差が、対象がアルツハイマー病を有することを示す。好適な対照がアルツハイマー病を有することがわかっている対象から得られる場合、かかる対照に匹敵するか又はこれより低いレベルはアルツハイマー病を示し、正常な対象からのサンプル中に存在するレベルの差を反映する。一実施形態では、miRNAバイオマーカーのレベルの差は減少である。好適な対照はまた、参照標準であってもよい。参照標準は、比較のための参照レベルとして役立つことで、対象のアルツハイマー病状態を推測するために、試験サンプルは参照標準と比較され得る。参照標準は、既知の対象、例えば、正常な対象であることがわかっている対象、又はアルツハイマー病であることがわかっている対象における1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルを表すことができる。同様に、参照標準は、既知対象の集団、例えば、正常な対象であることがわかっている対象の集団、又はアルツハイマー病であることがわかっている対象の集団での1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルを表すことができる。参照標準は、例えば、複数の個体からのサンプルをプールし、プールされたサンプル中のmiRNAバイオマーカーのレベルを決定することにより取得され得、これによって、平均化された集団にわたる標準を作成する。かかる参照標準は、個体の集団の間でmiRNAバイオマーカーの平均レベルを表す。参照標準はまた、例えば、決定されたmiRNAバイオマーカーのレベルを複数の個体から得られた個々のサンプル中で存在するよう平均化することにより得られる場合もある。かかる標準はまた、miRNAバイオマーカーの個体の集団の間の平均レベルを表す。参照標準はまた、個体の集団の間でmiRNAバイオマーカーのレベルを表す。参照標準はまた、固体の集団内の既知の対象におけるmiRNAバイオマーカーのレベルをそれぞれが表わしている値の集合であることができる。特定の実施形態では、対象のアルツハイマー病の状態を推測するために、試験サンプルが、かかる値の集合に対して比較され得る。特定の実施形態では、参照標準は、絶対値である。かかる実施形態では、試験サンプルは、対象のアルツハイマー病の状態を推測するために、この絶対値に対して比較され得る。一実施形態では、好適な対照に対するサンプル中の1つ以上のmiRNAのレベル間の比較は、ソフトウェア分類アルゴリズムを実行することにより行われる。当業者であれば、議論されているアッセイに応じて適切であり得る追加の好適な対照を容易に想像することができるであろう。前述した好適な対照は例示的であり、限定的であることを意図してはいない。
一般的に、正常対象におけるmiR−191、miR−15b、let−7d、let−7g、mir−142−3p、miR−301a、及び/又はmiR−545の1つ以上のレベルをそれぞれ表す好適な対照に対する、試験対象から得た生物学的サンプル中のmiR−191、miR−15b、let−7d、let−7g、mir−142−3p、miR−301a、及び/又はmiR−545の1つ以上のレベルの減少は、試験対象がアルツハイマー病を有することを示唆するであろう。好適な対照がアルツハイマー病を有する対象におけるmiRNAバイオマーカーのレベルを表す場合、一般的に、かかる対照のものに匹敵する又はそれよりも低いmiR−191、miR−15b、let−7d、let−7g、mir−142−3p、miR−301a、及び/又はmiR−545の1つ以上のレベルは、アルツハイマー病を示す。
2つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルが試験対象において決定されるいくつかの例では、好適な対照に対して、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルの減少があり、1つ以上の追加のmiRNAバイオマーカーのレベルの変化又は増加はない。かかる例では、正常な対象におけるmiRNAバイオマーカーのレベルを表す好適な対照に対する1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルの差は、試験対象がアルツハイマー病を有することを示唆する。かかる差の決定は、本明細書で記載される、ソフトウェア分離アルゴリズムの実行により補助され得る。
4.生物学的サンプル
1つ以上のmiRNAバイオマーカーの発現レベルは、対象から得た生物学的サンプル中で決定され得る。対象から得たサンプルは、対象を起源とするものである。かかるサンプルは、これが対象から採取された後に、更に処理されてもよい。例えば、RNAが、サンプルから単離されてもよい。この例では、サンプルから単離されたRNAは、対象から得たサンプルでもある。1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルを決定するために有用な生物学的サンプルは、miRNA発現が細胞、組織、及び身体全体の体液中で報告されているために、本質的にいかなる供給源からも取得され得る。しかしながら、本発明の一態様では、アルツハイマー病を示す1つ以上のバイオマーカーは、対象から非侵襲的に得られたサンプル中で検出され得る。アルツハイマー病に関する既存のバイオマーカー(例えば、Aβ1−42、p−tau等)は、脳脊髄液(CSF)に又は脳組織に由来のサンプルで測定される場合が多い。CSFは、最も一般的には、腰椎穿刺により採取され、これは脊柱管への出血、脊髄性頭痛、及び感染を含む危険要素に関連する痛みを伴う処置である。脳組織のサンプルでのバイオマーカー検出は、現在、生存対象でのアルツハイマー病の診断には非実際的であり、主として死後に、他の手段でなされる診断を確認するために使用される。したがって、サンプルは脳組織以外の供給源から採取されることが好ましい。本明細書に記載のmiRNAバイオマーカーは、アルツハイマー病を示し、非侵襲的に採取される生物学的サンプル中で検出され得る。
好ましい実施形態では、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルを決定するために使用される生物学的サンプルは、循環miRNA、例えば細胞外miRNAを含有するサンプルである。細胞外miRNAは、循環系からの液体、例えば血液サンプル又はリンパ液サンプル、又はCSF、尿又は唾液などの別の体液などの、体液を含む広範囲の生物学的物質中で自由に循環する。したがって、一部の実施形態では、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルを決定するために使用される生物学的サンプルは、体液であり、例えば血液、そのフラクション、血清、血漿、尿、唾液、涙液、汗、精液、膣分泌液、リンパ液、気管支分泌物、CSF等である。一部の実施形態では、サンプルは、非侵襲的に採取されるサンプルである。一部の実施形態では、サンプルは、CSF以外の体液から採取される。
循環miRNAは、細胞中のmiRNA(細胞内miRNA)、微細小胞中の細胞外miRNA(微細小胞関連miRNA)、及び細胞又は微細小胞に結合しない細胞外miRNA(細胞外、非小胞miRNA)を含む。一部の実施形態では、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルを決定するために使用される生物学的サンプル(例えば、循環miRNAを含有するサンプル)は、細胞を含有してもよい。他の実施形態では、この生物学的サンプルは、無細胞又は実質的に無細胞であってもよい(例えば、血清サンプル)。このサンプルは、同様に、無微細小胞又は実質的に無微細小胞であってもよい。例えば、無微細小胞又は実質的に無ミクロ小胞であるサンプルは、サンプルの微細小胞含量が、サンプル中で非小胞miRNAのレベルを正確に決定するための能力を妨害することを回避するように十分に低い。一部の実施形態では、循環miRNAを含有するサンプルは、血液由来サンプルである。例示的な血液由来サンプル型としては、例えば、血漿サンプル、血清サンプル、血液サンプル等が挙げられる。他の実施形態では、循環miRNAを含有するサンプルは、リンパ液サンプルである。循環miRNAはまた、尿及び唾液でも見いだされ、これら供給源に由来の生物学的サンプルは、同様に、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルを決定するために好適である。
5.サンプル中のmiRNAバイオマーカーのレベルの決定
生物学的サンプル中の1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルは、任意の好適な方法により決定され得る。サンプル中のmiRNAのレベル又は量を測定するための任意の信頼のおける方法が使用され得る。一般的に、miRNAは、mRNAについて既知の様々な方法により単離されたRNAのサンプルなどのサンプル(そのフラクションを含む)から検出かつ定量化され得、様々な方法は、例えば、増幅に基づく法(例えば、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応(RT−PCR)、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、ローリングサークル増幅等)、ハイブリダイゼーションに基づく方法(ハイブリダイゼーションアレイ(例えば、マイクロアレイ)、NanoString分析、ノーザンブロット分析、分枝DNA(bDNA)シグナル増幅、インサイチューハイブリダイゼーション等)、及び配列決定に基づく方法(例えば、Illimina又はIonTorrentプラットフォームを使用する次世代型配列決定法など)を含む。他の例示的技術としては、リボヌクレアーゼ保護アッセイ(RPA)及び質量分析法が挙げられる。
一部の実施形態では、分析の前に、RNAはDNA(cDNA)に変換される。cDNAは、従来の技術を使用して、単離されたmiRNAの逆転写により生成され得る。miRNA逆転写キットが既知であり、市販されている。好適なキットの例としては、mirVana(商標)TaqMan(登録商標)miRNA転写キット(Ambion、Austin、TX)、及びTaqMan(登録商標)miRNA転写キット(Applied Biosystems、Foster City、CA)が挙げられるが、これらに限定されない。ユニバーサルプライマー、又はmiRNA特異的ステム−ループプライマーを含む特異的プライマーが既知であり、例えばApplied Biosystems社から市販されている。一部の実施形態では、測定の前に、miRNAは増幅される。他の実施形態では、miRNAのレベルは、増幅プロセス中に測定される。更に他の実施形態では、miRNAのレベルは、測定前には増幅されない。サンプル中のmiRNAのレベルを決定するために好適であるいくつかの例示的な方法が、以下に非常に詳細に記載される。これら方法は、例示として提供されるに過ぎず、他の好適な方法が同様に使用されてもよいことが当業者には明らかであろう。
A.増幅に基づく方法
PCR、RT−PCR、qPCR、及びローリングサークル増幅が挙げられるが、これらに限定されない、多くの増幅に基づく方法が、miRNA核酸のレベルを検出するために存在する。他の増幅に基づく技術としては、例えば、リガーゼ鎖反応、多重連結反応依存性プローブ増幅法、インビトロ転写(IVT)、鎖置換増幅、転写仲介増幅、RNA(Eberwine)増幅、及び当業者に公知の他の方法が挙げられる。
典型的PCR反応は、標的核酸種を選択的に増幅する複数のステップ、又はサイクルを含み、これらは標的核酸が変性される変性ステップ、PCRプライマーのセット(すなわち、順方向プライマー及び逆方向プライマー)が相補的DNA鎖をアニーリングするアニーリングステップ、並びに熱安定性DNAポリメラーゼがプライマーを伸長させる伸長ステップである。これらステップを複数回繰り返すことにより、DNA断片が増幅され、標的配列に一致するアンプリコンを生成する。典型的なPCR反応は、変性、アニーリング、及び伸長の20以上のサイクルを含む。多くの場合、アニーリング及び伸長ステップは、同時に実行され、この場合、サイクルは2つのステップのみを含む。逆転写反応(これは、miRNAに相補性を有するcDNA配列を生じる)は、PCR増幅の前に実行されてもよい。逆転写反応は、例えばRNAベースのDNAポリメラーゼ(逆転写酵素)及びプライマーの使用を含む。
miRNAの定量的リアルタイムPCRのためのキットが既知であり、市販されている。好適なキットの例としては、限定されないが、TaqMan(登録商標) miRNA Assay(Applied Biosystems)及びmirVana(商標) qRT−PCR miRNA検出キット(Ambion)が挙げられる。miRNAは、逆転写酵素の前のユニバーサルプライマー配列、ポリアデニル化配列、又はアダプター配列を含有する一本鎖オリゴヌクレオチドに連結され、ユニバーサルプライマー配列に相補的なプライマー、ポリ(T)プライマー、又はアダプター配列に相補的である配列を含むプライマーを使用して増幅され得る。
いくつかの例では、カスタムqRT−PCRアッセイは、miRNAレベルの決定のために展開され得る。生物学的サンプル中、例えば体液中のmiRNAを測定するためのカスタムqRT−PCRアッセイは、例えば、伸長された逆転写プライマー及びロックされた核酸に修飾されたPCRを伴う方法を使用して展開され得る。カスタムmiRNAアッセイは、標的配列に一致する化学的に合成されたmiRNAの希釈系列でアッセイを行うことにより、試験され得る。これは、検出の限界及び各アッセイの定量の線形範囲の決定を可能にする。更に、標準曲線として用いられる場合、これらデータは生物学的サンプル中で測定されたmiRNAの絶対存在量の推定を可能にする。
増幅曲線は、必要に応じてチェックされ、Ct値が各増幅プロットの線形範囲内で評価されていることを検証する。典型的には、線形範囲は数桁にわたる。アッセイされたそれぞれの候補miRNAについて、miRNAの化学的に合成された異形が得られ、希釈系列で解析され、アッセイの感度の限界、及び定量の線形範囲を決定する。相対的発現レベルが、例えば、Livakら著、「Analysis of relative gene expression data using real−time quantitative PCR and the 2(−ΔΔC(T)) Method」、Methods(2001年)、Dec;25(4):402−8により記載される2(−ΔΔC(T))法に従って決定されてもよい。
一部の実施形態では、2つ以上のmiRNAが、単一反応体積中で増幅される。例えば、qRT−PCRなどの多重式q−PCRは、複数のプライマーの対及び/又は複数のプローブを使用することにより、1つの反応体積中の関心の少なくとも2つのmiRNAの同時増幅及び定量化を可能にする。プライマー対は、各miRNAに特異的に結合する少なくとも1つの増幅プライマーを含み、プローブは、これらが互いに識別可能であるように標識付けられることで、複数のmiRNAの同時定量化を可能にする。
ローリングサークル増幅は、等温条件下、線形運動又は幾何学的運動のいずれかで循環したオリゴヌクレオチドプローブを複製することができるDNA−ポリメラーゼ誘起反応である(例えば、Lizardiら著、Nat.Gen、(1998年)、19(3):225−232;Gusevら著、Am.J.Pathol.、(2001年)、159(1):63−69;Nallurら著、Nucleic Acids Res.、(2001年)、29(23):E118を参照)。一方がDNAの(+)鎖にハイブリダイズし、他方が(−)鎖にハイブリダイズする2つのプライマーの存在下では、鎖置換の複雑なパターンが90分以下で各DNA分子を、10個のコピーを超えて生成させる。閉環状DNA分子のタンデムに連結したコピーは、単一のプライマーを使用して形成される場合がある。このプロセスはまた、マトリクス結合DNAを使用して実行され得る。ローリングサークル増幅に使用されるテンプレートは、逆転写され得る。この方法はまた、非常に低いmiRNA濃度におけるmiRNA配列及び発現レベルの高感度指標として使用され得る(例えば、Chengら著、Angew Chem.Int.Ed.Engl.、(2009年)、48(18):3268−72;Neubacherら著、Chembiochem.、(2009年)、10(8):1289−91を参照)。
B.ハイブリダイゼーションに基づく方法
miRNAは、ハイブリダイゼーションアレイ(例えば、マイクロアレイ)、NanoString分析、ノーザンブロット分析、分枝DNA(bDNA)シグナル増幅、及びインサイチューハイブリダイゼーションが挙げられるが、これらに限定されないハイブリダイゼーションに基づく方法を使用して検出されてもよい。
マイクロアレイは、多数のmiRNAの発現レベルを同時に測定するために使用され得る。マイクロアレイは、スライドガラス上に鋭く尖ったピンでの印刷、予め作られたマスクを使用するフォトリソグラフィー、動的マイクロミラー装置を使用するフォトリソグラフィー、インクジェット印刷、又はマイクロ電極アレイ上の電気化学を含む様々な技術を使用して製造され得る。更に有用なものは、微小流体TaqMan Low−Density Arrayであり、これは、微小流体qRT−PCR反応のアレイ、並びに関連する微小流体qRT−PCRに基づく方法に基礎を置く。
マイクロアレイ検出の一例では、ヒトセンスmiRNA配列に一致する多様なオリゴヌクレオチド(例えば、200+5’−アミノ−修飾−C6オリゴ)が、約20μMの最終濃度で、三次元のCodeLinkスライド(GE Health/Amersham Biosciences)上にスポットされ、製造元の推薦に従って処理される。20μgのTRIzol精製された全RNAから合成された第1鎖cDNAを、Enzo BioArray末端標識化キット(Enzo Life Sciences Inc.)を使用して、ビオチニル化ddUTPで標識化する。ハイブリダイゼーション、染色、及び洗浄を、修正Affymetrix Antisenseゲノムアレイプロトコルに従って実行され得る。
Axon B−4000スキャナ及びGene−Pix Pro 4.0ソフトウェア又は他の好適なソフトウェアを使用して、画像をスキャンすることができる。バックグラウンド除去後の非陽性スポット、及びECD手順により検出された外れ値が除去される。得られたシグナル強度値をチップ毎の中央値に正規化し、次いでこれを使用して、各miRNAについての幾何平均及び標準誤差を得る。各miRNAシグナルは、ログベース2に変換され得、1標本t検定が実行され得る。各サンプルについての非依存的ハイブリダイゼーションが、複数回スポットされた各miRNAを有するチップ上で実行され得、データのロバスト性を増加させる。
マイクロアレイは、疾患におけるmiRNAの発現プロファイリングのために使用され得る。例えば、RNAは、サンプルから抽出されることができ、必要に応じてmiRNAは、全RNAからサイズ選択される。オリゴヌクレオチドリンカーが、miRNAの5’及び3’末端に結合されることができ、得られた連結産物が、RT−PCR反応のためのテンプレートとして使用される。センス鎖PCRプライマーが、その5’末端に取り付けられた蛍光物質を有することができることによって、PCR産物のセンス鎖を標識付けする。PCR産物が変性され、次いでマイクロアレイにハイブリダイズされる。アレイ上の対応のmiRNA捕捉プローブ配列に相補的である標的核酸と呼ばれるPCR産物は、塩基対形成を介して、捕捉プローブ配列が固定されているスポットにハイブリダイズするであろう。その後、マイクロアレイレーザースキャナを使用して励起される場合、スポットは蛍光を発するであろう。
次いで、多数の陽性及び陰性対照並びにアレイデータ正規化法を使用して、各スポットの蛍光強度が、特定のmiRNAのコピーの数に関して評価され、これが特定のmiRNAの発現のレベルの評価を与える。
体液サンプルから抽出されたmiRNAを含有する全RNAもまた、miRNAのサイズ選択無しに直接的に使用されることができる。例えば、RNAは、T4 RNAリガーゼ及び蛍光物質標識付け短鎖RNAリンカーを使用して、3’末端で標識付けされ得る。アレイ上の対応のmiRNA捕捉プローブ配列に相補的な蛍光物質で標識付けされたmiRNAは、塩基対形成を介して、捕捉プローブが固定されたスポットにハイブリダイズする。次いで、多数の陽性及び陰性対照並びにアレイデータ正規化法を使用して、各スポットの蛍光強度が、特定のmiRNAのコピーの数に関して評価され、これが特定のmiRNAの発現のレベルの評価を与える。
いくつかのタイプのマイクロアレイが用いられることができ、これらは、限定されないが、スポットしたオリゴヌクレオチドマイクロアレイ、組立式オリゴヌクレオチドマイクロアレイ又はスポットしたロング・オリゴヌクレオチドマイクロアレイが挙げられる。
miRNAはまた、nCounter Analysis System(NanoString Technologies、Seattle、WA)を使用して、増幅無しに検出され得る。この技術は、溶液中でハイブリダイズする2つの核酸系プローブ(例えば、レポータープローブ及び捕捉プローブ)を用いる。ハイブリダイゼーション後に、過剰のプローブが除去され、プローブ/標的複合体が、製造元のプロトコルに従って分析される。nCounter miRNA分析キットは、NanoString Technologiesから入手可能であり、これは高い特異性で類似性が高いmiRNA間を識別することが可能である。
miRNAはまた、分枝DNA(bDNA)シグナル増幅を使用して検出されることもできる(例えば、Urdea著、Nature Biotechnology、(1994年)、12:926−928を参照)。bDNAシグナル増幅に基づいたmiRNAアッセイは、市販されている。1つのこのアッセイは、QuantiGene(登録商標)2.0 miRNA Assay(Affymetrix、Santa Clara、CA)である。
ノーザンブロット及びインサイチューハイブリダイゼーションもまた、miRNAを検出するよう使用されてもよい。ノーザンブロット及びインサイチューハイブリダイゼーションを実行するための好適な方法は、当該技術分野において公知である。
C.配列決定に基づく方法
先進の配列決定法が、利用可能なものとして同様に使用され得る。例えば、miRNAは、Illumina(登録商標) Next Generation Sequencing(例えば、HiSeq、HiScan、GenomeAnalyzer、又はMiSeqシステム(Illumina,Inc.、San Diego、CA)を使用するSequencing−By−Synthesis又はTruSeq法)を使用して検出され得る。miRNAはまた、Ion Torrent Sequencing(Ion Torrent Systems,Inc.、Gulliford、CT)、又は半導体配列決定の他の好適な方法を使用して検出され得る。
D.追加のmiRNA検出ツール
質量分析法は、RNaseマッピングを使用して、miRNAを定量化するよう使用されることができる。単離されたRNAは、MSによるその分析又はタンデムMS(MS/MS)アプローチの前に、高い特異性を有するRNAエンドヌクレアーゼ(RNases)(例えば、RNase T1で、これは全ての非修飾グアノシン残基の3’側で開裂する)で酵素的に分解されることができる。開発された最初のアプローチは、EST−MSに直接結合する逆相HPLCにより分解されるエンドヌクレアーゼのオンラインのクロマトグラフィー分離を利用した。転写後修飾の存在は、RNA配列に基づいて予想されるものからの質量シフトにより明らかにされることができる。次いで、転写後修飾ヌクレオシドの配列配置を突き止めるために、異常質量/電荷値のイオンがタンデムMS配列決定のために単離され得る。
マトリクス補助レーザー脱着/イオン化質量分析(MALDI−MA)もまた、転写後修飾ヌクレオシドについての情報を取得するための分析的アプローチとして使用されてきた。MALDIに基づくアプローチは、分離ステップによるESIに基づくアプローチとは差別化され得る。MALDI−MSでは、質量分析法は、MiRNAを分離するよう使用される。
限定された量の無傷のmiRNAを分析するために、オーダーメードのナノスプレーイオン源、Nanovolume Valve(Valco Instruments)、及びスプリットレスナノHPLCシステム(DiNa,KYA Technologies)を装備した、線形イオントラップ−円形トラップハイブリッド質量分析計(LTQ Orbitrap XL、Thermo Fisher Scientific)又はタンデム四重極飛行時間型質量分析計(QSTAR(登録商標) XL、Applied Biosystems)を使用することにより、ナノESI−MSに結合した毛管LCのシステムが用いられることができる。分析対象物/TEAAがナノ−LCトラップカラム上に充填され、脱塩され、その後濃縮される。無傷のmiRNAがトラップカラムから溶出され、C18毛管カラムに直接注入され、極性が増大する溶媒の勾配を使用してRP−HPLCによりクロマトグラフィーにかける。クロマトグラフィーの溶出物は、イオンが負の極性モードでスキャンされることを可能にするイオン化電圧を使用して、毛管カラムに取り付けられた噴霧器先端部から噴霧される。
miRNA検出及び測定の追加の方法としては、例えば、鎖侵入アッセイ(Third Wave Technologies,Inc.)、表面プラスモン共鳴(SPR)、cDNA、MTDNA(メタリックDNA;Advance Technologies、Saskatoon、SK)、及びUS Genomicにより開発されたものなどの単一分子法が挙げられる。表面酵素反応をナノ粒子増幅されたSPR画像撮影法(SPRI)と組み合わせる新規なアプローチを使用して、マイクロアレイフォーマットにおいて多数のmiRNAが検出されることが可能である。ポリ(A)ポリメラーゼの表面反応は、ロックされた核酸(LNA)のマイクロアレイ上でハイブリダイズされたmiRNA上にポリ(A)テールを生成する。次いでDNA修飾ナノ粒子が、ポリ(A)テールに吸着され、SPRIで検出される。この超高感度ナノ粒子で増幅されたSPRI方法は、アトモルレベルにおけるmiRNAプロファイリングに使用され得る。
E.増幅又は非増幅のmiRNAの検出
特定の実施形態では、標識、染料、又は標識付けプローブ及び/又はプライマーを使用して、増幅又は非増幅のmiRNAを検出する。当業者であれば、検出法の感度及び標的の存在量に基づいていずれの検出法が適切であるかを認識するであろう。検出法の感度及び標的の存在量に応じて、検出前に増幅が必要であることも必要でないこともある。当業者であれば、miRNA増幅が好ましい場合の検出法を認識されるであろう。
プローブ又はプライマーは、標準(A、T又はU、G及びC)塩基、又は修飾塩基を含んでもよい。修飾塩基としては、限定されないが、AEGIS塩基(Eragen Biosciences)が挙げられ、これは、例えば米国特許第5,432,272号、同第5,965,364号、及び同第6,001,983号で記載された。ある態様では、塩基は、天然型ホスホジエステル結合又は異なる化学結合により結合される。異なる化学結合としては、限定されないが、ペプチド結合又はロックされた核酸(LNA)結合が挙げられ、これは、例えば米国特許第7,060,809号で記載されている。
他の態様では、増幅反応中に存在するオリゴヌクレオチドプローブ又はプライマーは、時間の関数として、生成される増幅産物の量のモニタリングに適する。ある態様では、異なる一本鎖対二本鎖特性を有するプローブが、核酸を検出するよう使用される。プローブとしては、5’−エキソヌクレアーゼアッセイ(例えば、TaqMan(商標))プローブ(米国特許第5,538,848号を参照)、ステム−ループ分子ビーコン(例えば、米国特許第6,103,476号及び同第5,925,517号を参照)、ステムレス又は線形ビーコン(例えば、国際公開第9921881号、米国特許第6,485,901号及び同第6,649,349号を参照)、ペプチド核酸(PNA)分子ビーコン(例えば、米国特許第6,355,421号及び同第6,593,091号を参照)、線形PNAビーコン(例えば、米国特許第6,329,144号を参照)、非FRETプローブ(例えば、米国特許第6,150,097号)、Sunrise(商標)/AmplifluorB(商標)プローブ(例えば、米国特許第6,548,250号を参照)、ステム−ループ及びデュプレックスScorpion(商標)プローブ(例えば、米国特許第6,589,743号を参照)、バルジループプローブ(例えば、米国特許第6,590,091号を参照)、プソイド・ノット・プローブ(例えば、米国特許第6,548,250号を参照)、サイクリコン(米国特許第6,383,752号を参照)、MGB Eclipse(商標)プローブ(Epoch Biosciences)、ヘアピンプローブ(米国特許第6,596,490号)、PNAライトアッププローブ、アンチプライマークエンチプローブ(Liら著、Clin.Chem.53:624−633(2006))、自己集合ナノ粒子プローブ、並びに例えば米国特許第6,485,901号に記載されるフェロセン修飾プローブが挙げられるが、これらに限定されない。
特定の実施形態では、増幅反応中のプライマーの1つ以上は、標識を含むことができる。更に他の実施形態では、異なるプローブ又はプライマーは、互いに識別可能である検出可能な標識を含む。一部の実施形態では、プローブ又はプライマーなどの核酸は、2つ以上の識別可能な標識で標識付けされてもよい。
一部の態様では、標識は、1つ以上のプローブに付着され、(i)検出可能なシグナルを提供すること;(ii)第2の標識と相互作用し、第2の標識により提供される検出可能なシグナルを変更すること、例えばFRET(蛍光共鳴エネルギー転移);(iii)ハイブリダイゼーションを安定化すること、例えば二本鎖形成;並びに(iv)結合複合体のメンバー又は親和性セット、例えば親和性、抗体−抗原、イオン結合型錯体、ハプテンリガンド(例えば、ビオチン−アビジン)を提供すること、の1つ以上を有する。更に他の態様では、標識の使用は、既知の標識、結合、結合基、試薬、反応条件、並びに分析及び精製法を用いる多数の既知の技術のいずれか1つを使用して達成されることができる。
miRNAは、直接又は間接法により検出され得る。直接検出法においては、1つ以上のmiRNAは、核酸分子に結合する検出可能な標識により検出される。かかる方法では、miRNAは、プローブへの結合の前に標識付けされてもよい。したがって、結合は、プローブに結合される標識付miRNAについてのスクリーニングにより検出される。プローブは、必要に応じて、反応体積内のビーズに結合する。
特定の実施形態では、核酸は標識付プローブとの直接結合により検出され、その後プローブが検出される。本発明の一実施形態では、増幅miRNAなどの核酸は、所望の核酸を捕捉するためのプローブと抱合されたFlexMAP Microspheres(Luminex)を使用して検出される。いくつかの方法は、例えば、蛍光標識で修飾されたポリヌクレオチドプローブ又は分枝DNA(bDNA)検出での検出を伴ってもよい。
他の実施形態では、核酸は、間接検出法により検出される。例えば、ビオチニル化プローブがストレプトアビジンコンジュゲート化染料と組み合わされ、結合した核酸を検出してもよい。ストレプトアビジン分子は、増幅miRNA上のビオチン標識に結合し、結合したmiRNAがストレプトアビジン分子に付着した染料分子を検出することにより検出される。一実施形態では、ストレプトアビジンコンジュゲート化染料分子は、Phycolink(登録商標)ストレプトアビジンR−フィコエリスリン(PROzyme)を含む。他のコンジュゲート化染料分子は、当業者に公知である。
標識としては、検出可能な蛍光、化学発光信号、又は生物発光信号を発生し又は消光する発光化合物、光散乱化合物、及び光吸収化合物が挙げられるが、これらに限定されない(例えば、Kricka,L.著、「Nonisotopic DNA Probe Techniques」、Academic Press、San Diego、(1992年)及びGarman A.著、「Non−Radioactive Labering」、Academic Press、(1997年)を参照)。レポーター蛍光物質とクエンチャー蛍光物質とを含む二重標識付蛍光ラベルが、一部の実施形態において使用される。蛍光物質の対は、これらが容易に識別され得るように異なる発光スペクトルを有するように選択されることが理解されるであろう。
特定の実施形態では、標識は、二本鎖のハイブリダイゼーションを増強し、安定化させ、又はこれに影響を及ぼすハイブリダイゼーション安定化部分、例えば、挿入剤又は挿入染料(限定されないが、臭化エチジウム及びSYBR−Greenが挙げられる)、小溝結合剤、及び架橋官能基である(例えば、Blackburnら編集、「“DNA and RNA Structure”in Nucleic Acids in Chemistry and Biology」、(1996年)を参照)。
他の実施形態では、miRNASを定量化するためにハイブリダイゼーション及び/又は連結反応に基づく方法が使用される場合があり、これらはオリゴヌクレオチド連結反応(OLA)法及び標的核酸にハイブリダイズし、識別可能なプローブが未結合のプローブから分離されることを可能にする方法が挙げられる。例としては、米国特許公開第2006/0078894号で開示されるHARP様プローブが使用され、miRNAの量を測定することができる。かかる方法では、プローブと標的化核酸との間のハイブリダイゼーションの後に、プローブは、ハイブリダイズされたプローブをハイブリダイズされないプローブから識別するよう修飾される。その後、プローブが増幅及び/又は検出されることができる。一般的に、プローブ不活性化領域は、プローブの標的ハイブリダイゼーション領域内のヌクレオチドのサブセットを含む。その標的核酸にハイブリダイズしないHARPプローブの増幅又は検出を低減し又は防止するために、すなわち、標的核酸の検出を可能にするために、ハイブリダイゼーション後のプローブ不活性化ステップが、その標的化核酸配列にハイブリダイズされないHARPプローブと対応のハイブリダイズされないHAPRプローブ間で識別することができる薬剤を使用して実行される。この薬剤は、ハイブリダイズされないHARPプローブが増幅されることができないように、これを不活性化又は修飾することができる。
プローブ連結反応を使用して、miRNAを定量化することもできる。多重連結反応依存性プローブ増幅法(MLPA)技術(Schoutenら著、Nucleic Acids Research、30:e57、(2002年))では、標的核酸上で互いに隣接して直ちにハイブリダイズするプローブの対は、標的核酸の存在により誘起されて、互いに連結される。一部の態様では、MLPAプローブは、近接するPCRプライマー結合部位を有する。MLPAプローブは、連結される場合、特異的に増幅され、したがって、miRNAバイオマーカーの検出及び増幅を可能にする。
6.miRNAバイオマーカーを使用するアルツハイマー病状態の検出
本明細書に記載のmiRNAバイオマーカーは、診断試験で個々に又は組み合わされて使用され、対象のアルツハイマー病状態を評価することができる。疾患状態とは、アルツハイマー病の存在又は不在を含む。疾患状態はまた、アルツハイマー病の経過のモニタリング、例えば、疾患進行のモニタリングを含むこともある。対象のアルツハイマー病状態に基づいて、例えば、追加診断試験又は治療的処置を含む追加処置が指示され得る。
疾患状態を正確に予測するための診断試験の力は、一般的に、アッセイの精度、アッセイの感度、アッセイの特異性、又は「曲線下面積」(AUC)、例えば受信者動作特性曲線(ROC)下面積に関して測定される。本明細書で使用する場合、精度とは、誤分離されたサンプルのフラクションの尺度である。精度は、サンプルの総数(例えば試験集団における)で割った正確に分類されたサンプルの総数として計算され得る。感度は、試験で陽性であると予測される「真陽性」の尺度であり、アルツハイマー病サンプルの総数で割った正確に特定されたアルツハイマー病サンプルの数として計算され得る。特異性は、試験で陰性と予測される「真陰性」の尺度であり、正常サンプルの総数で割った正確に特定された正常サンプルの数として計算され得る。AUCは、感度対偽陽性率(1−特異性)のプロットである、受信者動作特性曲線(ROC)下面積の尺度である。AUCがより大きいほど、試験の予測値はより強力である。試験の有用性の他の役に立つ尺度としては、陽性として試験する実際の陽性のパーセンテージである「陽性予測値」、及び陰性として試験する実際の陰性のパーセンテージである「陰性予測値」が挙げられる。好ましい実施形態では、異なるアルツハイマー病状態を有する対象から得た1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルは、適切な対照に対して判定される、正常な対象に対して、少なくともp≦0.05、例えば、p≦0.05、p≦0.01、p≦0.005、p≦0.001等の統計的に有意な差を示す。他の好ましい実施形態では、本明細書に記載のmiRNAバイオマーカーを個別に又は組み合わせて使用する診断試験は、少なくとも約75%の精度、例えば、少なくとも約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約97%、約99%又は約100%の精度を示す。他の実施形態では、本明細書に記載のmiRNAバイオマーカーを個別に又は組み合わせて使用する診断試験は、少なくとも約75%の特異性、例えば、少なくとも約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約97%、約99%又は約100%の特異性を示す。他の実施形態では、本明細書に記載のmiRNAバイオマーカーを個別に又は組み合わせて使用する診断試験は、それぞれ少なくとも約75%の特異性及び感度、例えば、少なくとも約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約97%、約99%又は約100%の特異性及び感度を示す。他の実施形態では、本明細書に記載のmiRNAバイオマーカーを個々に又は組み合わせて使用する診断試験は、それぞれ少なくとも約75%の特異性及び感度、例えば少なくとも約75%、約80%、約85%、約90%、約95%、約97%、約99%又は約100%の特異性及び感度(例えば、少なくとも約80%の特異性及び少なくとも約80%の感度、若しくは例えば、少なくとも約80%の特異性及び少なくとも約95%の感度)を示す。
表2に列挙したそれぞれのバイオマーカーは、正常な対象と比較して、アルツハイマー病を有する対象から得た生物学的サンプル中で示差的に存在し、故に、それぞれは、試験対象におけるアルツハイマー病の判定を容易にする上で個々に有用である。かかる方法は、対象から得たサンプル中のバイオマーカーのレベルを決定することを伴う。サンプル中のバイオマーカーのレベルの決定は、任意の適切な方法、例えば、本明細書に記載される方法を使用して、サンプル中のバイオマーカーのレベルを測定し、検出し、又は検定することを含むことができる。サンプル中のバイオマーカーのレベルの決定はまた、サンプル中のバイオマーカーのレベルを測定し、検出し、又は検定したアッセイの結果を検討することも含む。方法はまた、サンプル中のバイオマーカーのレベルを好適な対照と比較することを伴う。好適な対照を使用して評価された、正常対象におけるものに対するバイオマーカーのレベルでの変化は、対象のアルツハイマー病状態を示す。対象が特定のアルツハイマー病状態を有するとして分類されるものより高い又は低いバイオマーカーの量を表すバイオマーカーの診断量が使用され得る。例えば、バイオマーカーが、正常個体に比較してアルツハイマー病を有する個体に由来のサンプル中でダウンレギュレートされる場合、診断カットオフ値より低い測定量は、アルツハイマー病の診断を提供する。一般的に、表2中の個々のmiRNAバイオマーカーは、正常個体から採取されたサンプルに対してアルツハイマー病サンプル中でダウンレギュレートされる。当該技術分野において十分に理解されているように、アッセイにおいて使用される特定の診断カットオフ値を調整することは、必要に応じて診断アッセイの感度及び/又は特異性を調整することを可能にする。特定の診断カットオフ値は、異なるアルツハイマー病状態を有する対象からの統計的に有意な数のサンプルにおいてバイオマーカーの量を測定し、所望のレベルの精度、感度、及び/又は特異性でカットオフ値を引くことによって、決定されることができる。特定の実施形態では、診断カットオフ値は、本明細書に記載される分類アルゴリズムの補助で決定され得る。
したがって、方法は、対象からの循環miRNAを含有するサンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定することにより、対象においてアルツハイマー病を診断するために提供され、好適な対照に対して決定される、正常な対象に対する少なくとも1つのmiRNAのレベルの差は、対象におけるアルツハイマー病を示す。少なくとも1つのmiRNAは、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、及びLet−7dの1つ以上を含むことが好ましく、必要に応じて、miR−301a、miR−545、若しくはmiR−301a及びmiR−545を含む。例えば、本発明は、対象から得た循環miRNAを含有するサンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定する方法を提供し、対照に対する少なくとも1つのmiRNAのレベルの減少は、対象におけるアルツハイマー病を示す。
必要に応じて、方法は、サンプル中の1つ以上のmiRNAのレベルに基づいて、対象がアルツハイマー病の有無の診断を提供することを更に含んでもよい。これに加えて又は代わりに、方法は、適切な対照に対して少なくとも1つのmiRNAのレベル又はレベル(複数)における差を、対象におけるアルツハイマー病の診断と相関させることを更に含んでもよい。一部の実施形態では、かかる診断は、対象に直接的に提供されても、又はこれが対象のケアに関与する別の当事者に提供されてもよい。
本明細書に示すように、個々のmiRNAバイオマーカーは、アルツハイマー病のための診断的用途で有用であるが、miRNAバイオマーカーの組み合わせは、単独で使用される場合のmiRNAバイオマーカーよりもアルツハイマー病状態のより大きな予測値を提供する場合がある。具体的に言うと、複数のmiRNAバイオマーカーの検出は、診断試験の精度、感度、及び/又は特異性を増加させることができる。例示的なmiRNAバイオマーカー及びバイオマーカー組み合わせを表8A〜8Cに示す。75%の全体的精度を示すmiRNAバイオマーカー及びバイオマーカー組み合わせを表9A〜9Bに示す。本発明は、これら表に記載される個々のバイオマーカー及びバイオマーカー組み合わせ、並びに本明細書に記載の方法及びキットでのこれらの使用を含む。
したがって、方法は、対象からの循環miRNAを含有するサンプル中の2つ以上のmiRNAのレベルを決定することによる、対象においてアルツハイマー病を診断するために提供され、適切な対照に対して決定される、正常な対象に対するmiRNAのレベルの差は、対象におけるアルツハイマー病を示す。miRNAは、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、及びLet−7dの1つ以上を含むことが好ましく、必要に応じて、miR−301a、miR−545、若しくはmiR−301a及びmiR−545を含む。2つ以上のmiRNAバイオマーカーの例示的な組み合わせとしては、例えば、miR−545、let7g、及びmiR−15b;miR−15b及びmiR−545;miR−301a、miR−545、let−7g及びmiR−15b;miR−191及びmiR−15b;Let−7g及びmiR−15b;miR−191、miR−301a、及びmiR−545;miR−301a、let−7g、及びmiR−15b;並びにmiR−191、miR−301a、miR−545、及びmiR−15bが挙げられる。
更に、対象からの循環miRNAを含有するサンプル中の2つ以上のmiRNAのレベルを決定し、2つ以上のmiRNAのレベルを、正常な対象及びアルツハイマー病を有する対象において存在する同一のmiRNAのレベルを表すデータのセットに比較し、この比較に基づいてアルツハイマー病を有する又は有さないとして対象を診断することによって、対象でアルツハイマーを診断する方法も提供される。かかる方法では、データのセットは、対象からのサンプルとの比較のために適切な対照又は参照基準として役立つ。対象からのサンプルのデータのセットとの比較は、分類アルゴリズムによって補助され、分類アルゴリズムは、サンプル中の2つ以上のmiRNAの集合レベルと、正常な対象又はアルツハイマー病を有する対象において存在する同一のmiRNAのレベルとの間で統計的に有意な差が存在するか否かを計算する。
7.アルツハイマー病状態を定量化するための分類アルゴリズムの生成
一部の実施形態では、「既知サンプル」などのサンプルを使用して生成されるデータは、分類モデルを「学習する」するよう今度は使用することができる。「既知サンプル」とは、事前分類されたサンプル、例えば、正常な対象に由来する、又はアルツハイマー病を有する対象に由来するとして分類されたサンプルである。この範囲に由来のデータ及び分類モデルを形成するために使用されるデータは、「トレーニングデータセット」とも呼ばれることができる。一旦学習されると、分離モデルは、未知サンプルを使用して発生した範囲に由来のデータにおけるパターンを認識することができる。次いで分類モデルを使用して、未知サンプルをクラスに分類することができる。これは、例えば、特定の生物学的サンプルがある生物学的状態に関連するかどうかを(病的対非病的)予測する上で有用であり得る。
一部の実施形態では、分類モデルを形成するよう使用されるトレーニングデータセットのためのデータは、定量的PCRから(例えば、ΔΔCt法を使用して得られるCt値)、又はマイクロアレイ分析(例えば、miRNA発現アッセイ、例えばnCounter miRNA発現アッセイからの総カウント又は正規化カウント)などの高スループット発現プロファイリングから直接的に取得され得る。
分類モデルは、データ中に存在する客観的パラメータに基づいて、データの量をクラスに分離しようとする任意の好適な統計的分類(又は学習)法を使用して形成されることができる。分類法は、教師付き分類又は教師無し分類のいずれであってもよい。教師付き分類法及び教師無し分類処理の例は、Jain著、「Statistical Pattern Recognition:A Review」、IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,第22巻 1番、2000年1月に記載され、この教示は参照により組み込まれる。
教師付分類では、既知のカテゴリーの例を含有するトレーニングデータは、学習機構に提示され、学習機構は、既知のクラスのそれぞれを確定する関係性の1つ以上のセットを学習する。次いで新しいデータが学習機構に適用され、これが更に、学習された関係性を使用して、新しいデータを分類する。教師付分類プロセスの例としては、線形回帰処理(例えば、多重線形回帰(MLR)、部分最小二乗(PLS)回帰及び主成分回帰(PCR))、二進決定ツリー(例えば、CART−分類及び回帰ツリーなどの再帰的分離処理)、誤差逆伝播網などの人工神経回路網、判別解析(例えば、ベイズ分類器又はフィッシャー解析)、ロジスティック分類器、及び支援ベクトル分類器(支援ベクトルマシン)が挙げられる。
他の実施形態では、作成される分類モデルは、教師無し学習法を使用して形成され得る。教師無し分類は、トレーニングデータセットがそこから誘導された範囲を事前分類することなく、トレーニングデータセットにおける類似性に基づいて、分類を学習しようとする。教師無し学習法は、クラスター解析を含む。クラスター解析は、互いに非常に類似するメンバーと、他のクラスターと非常に異なるメンバーを理想的には有するべきである「クラスター」又はグループに分けようとする。次いで、データ項目間の距離を測定する若干の距離測定基準を使用して、類似性が測定され、これがより近いデータ項目を一緒にクラスター化する。クラスター化技術としては、マッキーンのK平均アルゴリズム及びコホーネンの自己組織化マップアルゴリズムが挙げられる。
生物学的情報を分類する際の使用が記載されている学習アルゴリズムは、例えば、国際特許公開第01/31580号(Barnhillら著、「Methods and devices for indentifying patterns in biological systems and methods of use thereof」)、米国特許公開第2002 0193950 A1号(Gavinら著、「Method or analyzing mass spectra」)、米国特許出願第2003 0004402 A1号(Hittら著、「Process for discriminating between biological states based on hidden patterns from biological data」)、及び米国特許出願第2003 00556125 A1号(Zhang及びZhang著、「Systems and methods for processing biological expression data」)で記載されている。前述の特許出願の内容は、その全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
分類モデルは、任意の好適なディジタルコンピュータ上で形成されかつ使用され得る。好適なディジタルコンピュータとしては、Unix(登録商標)、Windows(登録商標)TM又はLinux(登録商標)TMベースのオペレーティングシステムなどの任意の標準的又は特殊なオペレーティングシステムを使用するマイクロ、小型、又は大型コンピュータが挙げられる。
トレーニングデータセット(複数可)及び分類モデルは、ディジタルコンピュータにより実行され又は使用されるコンピュータコードによって表されることができる。コンピュータコードは、光ディスク又は磁気ディスク、スティック、テープ等を含む任意の好適なコンピュータ読み取り可能なメディア上に記憶されることができ、C、C++、visual basic等の任意の好適なコンピュータプログラミング言語で記述することができる。
上述された学習アルゴリズムは、アルツハイマー病についてのmiRNAバイオマーカーのための分類アルゴリズムを展開するために使用され得る。分類アルゴリズムは、今度は、単独で又は組み合わされて使用されるバイオマーカーについての診断値(例えば、カットオフ点)を提供することにより、診断試験で使用され得る。
8.追加診断試験
アルツハイマー病を示すmiRNAバイオマーカーのレベルは、対象におけるアルツハイマー病の単独型診断的指標として使用されてもよい。必要に応じて、本方法は、アルツハイマー病の診断を容易にする少なくとも1つの追加試験の実施を含んでもよい。例えば、アルツハイマー病の診断を容易にするために、1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルを決定することに加えて、他の試験が実行されてもよい。アルツハイマー病の診断を容易にするために臨床現場で使用される任意の他の試験又は試験の組み合わせが、本明細書に記載のmiRNAバイオマーカーと併せて使用されることができる。
例えば、臨床医は、対象から得たサンプル中の1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルを決定することに加えて、精神状態試験を実行することができる。かかる試験としては、簡易精神状態検査(MMSE)、mini−cog試験、ADAS−cog試験、及び/又は時計描画試験を挙げることができるが、これらに限定されない。これら試験は、アルツハイマー病の診断を容易にするために、臨床現場では日常的に使用されている。
同様に、例えば、MRI又はCTスキャンなどの脳画像撮影試験が実施されてもよい。これら試験は、主として、脳内の腫瘍、脳卒中、液体などアルツハイマー病に類似した症状を引き起こす場合がある他の状態を除外するために実行される。
神経学的検査が対象において実行される場合もあり、対象の反射、協調運動、筋力、眼球運動、言語行動、及び/又は感覚などの状態が試験される。
対象はまた、アルツハイマー病を発症する高いリスクを有する可能性がある対象を示す遺伝因子についてスクリーニングされる場合もある。対象は、同様に、アルツハイマー病を示す少なくとも1つの他のバイオマーカーの存在、不在、又はレベルについてスクリーニングされてもよい。
9.治療方法
対象が本明細書に記載の方法によりアルツハイマー病と診断される場合の一部の実施形態では、本発明は、アルツハイマー病を有すると特定されたかかる対象を治療する方法を更に提供する。したがって、一実施形態では、本発明は、対象においてアルツハイマー病を治療する方法に関し、方法は、対象から得た1つ以上のmiRNAレベルを決定することであって、好適な対照に対して決定される、正常な対象に対する少なくとも1つのmiRNAのレベルの差が対象におけるアルツハイマー病を示すことと、対象にアルツハイマー病治療薬の治療的有効量を投与することとを含む。別の実施形態では、本発明は、アルツハイマー病を有する対象を治療する方法に関し、方法は、対象から得たサンプル中の1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルが、好適な対照に対して決定される、正常な対象のものと異なる(例えば減少する)対象において、対象がアルツハイマー病を有することを特定することと、対象にアルツハイマー病治療薬の治療的有効量を投与することとを含む。
用語「アルツハイマー病治療薬」とは、例えば、アルツハイマー病の治療に、米国食品及び医薬品局により承認された物質を含む。かかる物質は、例えば、Razadyne(登録商標)(ガランタミン)、Exelon(登録商標)(リバスチグミン)、又はAricept(登録商標)(ドネペジル)であり得る。例示的な実施形態では、アルツハイマー病治療薬は、ドネペジル若しくはその薬学的に許容可能な塩又はエステル(例えば、ドネペジル塩酸塩)である。
アルツハイマー病治療薬は、医薬組成物を使用して対象に投与され得る。好適な医薬組成物は、ガランタミン、リバスチグミン、ドネペジル若しくは前述のいずれかの薬学的に許容可能な塩又はエステル(例えば、ガランタミン臭化水素酸塩、リバスチグミン酒石酸塩、ドネペジル塩酸塩)を含む医薬組成物などの、アルツハイマー病治療薬(若しくはその薬学的に許容可能な塩又はエステル)、及び必要に応じて薬学的に許容可能な担体を含む。特定の実施形態では、これら組成物は、必要に応じて、1つ以上の追加治療薬を更に含む。
本明細書で使用する場合、用語「薬学的に許容可能な塩」とは、妥当な医学的範囲内で、過度の毒性、刺激性又はアレルギー反応性等がなく、ヒト及び下等動物の組織と接触する使用に好適であり、妥当な利益/リスク比率に見合う塩を指す。アミン、カルボン酸、及び他のタイプの化合物の薬学的に許容可能な塩は、当該技術分野で周知である。例えば、S.M.Bergeらは、J.Pharmaceutical Sciences、66:1−19、(1977年)(参照により本明細書に組み込む)で、薬学的に許容可能な塩を詳細に記載している。塩は、本発明の化合物の最終的単離及び精製の間にインサイチューで調製され得るか、又は遊離塩基又は遊離酸官能基を適切な試薬と反応させることにより、別個に調製され得る。例えば、遊離塩基官能基は、適切な酸と反応され得る。更には、化合物が酸性部分を運ぶ場合には、好適なその薬学的に許容可能な塩としては、アルカリ金属塩、例えば、ナトリウム又はカリウム塩などの金属塩、及びアルカリ土類金属塩、例えばカルシウム又はマグネシウム塩が挙げられる。
本明細書で使用されるとき、用語「薬学的に許容可能なエステル」とは、インビボで加水分解し、ヒト体内で容易に分解し、親化合物又はその塩を容易に放出するエステルを指す。好適なエステル基としては、例えば、薬学的に許容可能な脂肪族カルボン酸、特に、各アルキル及びアルケニル部分が好都合に6個以下の炭素原子を有する、アルカン酸、アルケン酸、シクロアルカン酸及びアルカンジオン酸から誘導されたものが挙げられる。
上述のように、医薬組成物は、薬学的に許容可能な担体を更に含んでもよい。用語担体とは、所望の特定の投与形態を調製するために適した、いかなる及び全ての溶媒、希釈剤、又は他の液体ビヒクル、分散助剤又は懸濁助剤、界面活性剤、等張剤、増粘剤又は乳化剤、防腐剤、固体結合剤、滑沢剤等が挙げられる。Remington‘s Pharmaceutical Sciences、第16版、E.W.Martin(Mack Publishing Co.、Easton、Pa.、1980年)は、医薬組成物の調剤で使用される様々な担体及びこれらの調製のための既知の技術を開示する。薬学的に許容可能な担体として役立つことができる材料のいくつかの例としては、限定されないが、乳糖、グルコース及びショ糖などの糖、コーンスターチ、馬鈴薯デンプンなどのデンプン、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、エチルセルロース及び酢酸セルロースなどのセルロース及びその誘導体、トラガカント末、麦芽、ゼラチン、タルク、ココアバター及び坐剤用ワックスなどの賦形剤、ピーナッツオイル、綿実油、ヒマワリ油、ゴマ油、オリーブ油、コーン油及び大豆油などの油、ポリエチレングリコールなどのグリコール、オレイン酸エチル及びラウリン酸エチルなどのエステル、寒天、水酸化マグネシウム及び水酸化アルミニウムなどの緩衝剤、アルギニン酸、発熱性物質フリー水、等張生理食塩水、リンガー溶液、エチルアルコール、及びリン酸塩緩衝溶液が挙げられ、並びにラウリル硫酸ナトリウム及びステアリン酸マグネシウムなどの他の非毒性の適合性滑沢剤、並びに着色剤、放出剤、コーティング剤、甘味剤、風味剤及び芳香剤、防腐剤及び抗酸化剤もまた、配合者の判断に従って、組成物中に存在することができる。
本発明での使用のための組成物は、所望のアルツハイマー病治療薬の任意の濃度を有するよう調剤されてもよい。好ましい実施形態では、組成物は、これがアルツハイマー病治療薬の治療的有効量を含むように調剤される。
10.miRNAバイオマーカーを検出するためのキット
別の態様では、本発明は、対象においてアルツハイマー病状態を診断するためのキットを提供し、このキットは、miR−191、miR−16b、let−7d、let−7g、miR−142−3p、miR−301a、及びmiR−545、並びにこれらの組み合わせの1つ以上のレベルを決定するために有用である。一実施形態では、1つ以上のmiRNAは、miR−191、miR−15b、let−7d、let−7g、miR−142−3pからなる群から選択される。キットは、対象から得たサンプル中でアルツハイマー病の診断に役立つmiRNA又はmiRNAのグループの存在を選択的に検出するよう適合された材料及び試薬を含んでもよい。例えば、一実施形態では、キットは、miRNAに特異的にハイブリダイズする試薬を含むことができる。かかる試薬は、例えばプローブ又はプライマーである、miRNAの検出に好適な形態の核酸分子であることができる。キットは、例えば、qPCR反応において1つ以上のmiRNAを検出するよう使用され得る試薬である、1つ以上のmiRNAを検出するためのアッセイの実行に有用な試薬を含むことができる。キットは、同様に、1つ以上のmiRNAの検出に有用なマイクロアレイを含んでもよい。
他の実施形態では、キットは、ラベル又は製品添付文書の形態で、適切な操作パラメータのための使用説明書を封入することができる。例えば、使用説明書は、サンプルを収集する方法、サンプル中の1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルを決定する方法、サンプル中の1つ以上のmiRNAバイオマーカーのレベルを対象のアルツハイマー病状態に相関させる方法に関する情報又は注意表示を含むことができる。
別の実施形態では、キットは、参照標準、適切な対照として使用される、又は試験サンプル中のmiRNAバイオマーカーを検出するためのアッセイの校正のために使用されるmiRNAバイオマーカーサンプルを備えた1つ以上の容器を収容することができる。
本発明は、以下の実施例により更に例示され、実施例は、限定するものと解釈されるべきではない。本明細書を通して引用された全ての参考文献、特許及び公開された特許出願は、その全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
実施例1:候補miRNAバイオマーカーの特定及び妥当性確認
本試験の目的は、ヒト血液の血漿分画からmiRNAプロファイルを生成し、アルツハイマー病(AD)と診断された患者と正常対照(NC)との間でmiRNA含量及び発現レベルで有意な差があるかどうかを判定するためのものである。
ヒト血漿サンプルをPrecisionMed,Inc.(Solano Beach、Ca−USA)から購入した。コホート1は、11人のAD患者、9人の軽度認知障害(MCI)患者、及び20人のNC患者からのサンプルを含有した。コホート1中の患者についての年齢、性別、診断、及び簡易精神状態検査(MMSE)スコアを表1に提供している。全RNAを血漿サンプル(1mL)から抽出し、以下に記載されるように、抽出効率及び正規化のために、spike−in合成miRNA(Ath−159a及びNeg−A)を対照に加えた。
次いで各サンプルを、以下に記載のように、nCounter miRNA発現アッセイ(Nanostring Technology、Seattle、WA−USA)を三通りで使用する高スループット発現プロファイリングに使用した。正規化及びバックグラウンド補正の後に、最終線形カウントを、AD/MCI及びNCサンプルの双方について平均化し、倍率変化値を決定した。候補miRNAは、AD/MCI及びNCサンプル中の平均発現値の間の少なくとも1.5倍の差を有するもの、並びに平均正規化カウントが>200を有するものを選択した。miRNA 106a(Hsa−miR−106a)を、全てのAD/MCI及びNCサンプルにわたって最小の変化を示した潜在的内因性対照として特定した。
100を超える平均発現カウントを少なくとも有する(バックグラウンドに対して有意に発現されていると考えられる)特定された227個のmiRNAが存在した。227個のmiRNAの中で、少なくとも1.5倍の差を有し、かつ>200の正規化線形カウントの平均値を有する13個のmiRNAを特定した(図1A及び1B)。これらは、hsa−let−7d、hsa−let−7g、hsa−miR−15b、hsa−miR−126、hsa−miR−142−3p、hsa−miR−191、hsa−miR−301a、hsa−miR−453、hsa−miR−545、hsa−miR−563、hsa−miR−600、hsa−miR−1274a及びhsa−miR−1975を含んだ。
次いで、高スループットNanostringプラットフォームを使用して特定された候補miRNAバイオマーカーを、ステム−ループTaqMan RT−qPCR miRNAアッセイ(Life Technoligies)を使用して妥当性確認した。全ての40個のコホート1サンプルについて全RNAの1:10希釈を行い、以下に記載されるように、各サンプルでTaqManアッセイを実行した。Ath−159a(spike−in)及びmiR−106a(内因性miRNA)値を、分析のΔΔCt法(Life Technoligies)を使用して全てのサンプルにわたって値を正規化するために用いた。試験した13個のmiRNAのうちで、6個のmiRNAの存在を確認することができなかった。これらは、hsa−miR−126、hsa−miR−453、hsa−miR−563、hsa−miR−600、hsa−miR−1274a及びhsa−miR−1975を含んだ。
残りの7つのmiRNA(miR−191、miR−15b、let−7d、let−7g、miR−142−3p、miR−301a及びmiR−545)は、NanostringとTaqManにより記録された平均倍率変化の間で非常に強い相関性を示した(図2、表3)。miRNA配列及びmiRBase受入番号を表2で提供する。例えば、miR−191は、Nanostring分析によると、ADサンプル中で〜3.1倍までダウンレギュレートされ、一方、これはTaqMan分析により、〜3.7倍までダウンレギュレートされたことを確認した(表3を参照)。この親密な傾向を、全ての残りのmiRNA(miR−15b、let−7d、let−7g、miR−142−3p、miR−301a及びmiR−545)にわたって観察した。全ての倍率変化は、<0.005のp値を有した。
TaqMan分析により立証され得なかった全ての候補miRNA(miR−126を除いて)が、500未満の正規化線形カウント(Nanostringによって決定された)を有したことは注目すべきことである。一方、妥当性確認されたmiRNAのそれぞれの平均カウントは、3,000よりも高かった。このことは、Nanostring実験により高い閾値を設定することが、偽陽性候補の数を少なくするために有用な場合があることを示唆する。
材料及び方法
全RNA抽出
記載されるように(Mitchell,P.S.ら著、PNAS、2008年7月29日)、修正miRvana PARISプロトコル(Life Technoligies;AM 1556)を使用して全RNAを抽出した。1mLのヒト血漿を、等量の2×変性緩衝液に加え、次いで0.05μMのAth−159a及び40pMのNeg−A(UUGUGGCGAGCGGAAUGGAAU)(正規化及び抽出効率対照に使用される合成miRNA)の10μlでスパイクした。フェノール抽出を二回実行し、プロトコル推奨(AM1556)に従って、全RNAを70μlの水中で最終的に溶出した。
miRNAの高スループット発現プロファイリング
45μlの精製した全RNAを、9μlまで濃縮し、これをnCounter miRNA発現アッセイ(Nanostring Technology、Seattle、WA−USA)のためのテンプレートとして使用した。3μlの濃縮全RNAを三通りで全てのサンプル用の出発量として使用して、サンプル調製を推奨されたように(Nanostring;C−0009−02)行った。回収された全RNAの量が、Nanodropなどの標準的スペクトルベースの機器を使用して確実に検出するために不十分であったために、3μlの濃縮全RNAを、全てのNanostringに基づくアッセイのための出発材料として使用する等体積アプローチを採用した(Mitchell,P.S.ら著、PNAS、2008年7月29日;105(30):10513−8でも利用された)。65℃で16時間にわたる一晩のハイブリダイゼーションに、反応を組み立てた。翌日、製造元のプロトコルにより推奨されるように、サンプルをnCounter Prep Station(Nanostring Technology、Seattle、WA−USA、v.20081003)を通して処理し、その後nCounter Digital Analyzer(Nanostring Technology、Seattle、WA−USA、v.20081009)を通して処理した。アナライザの分解能を600 FOVsに設定した。推奨されるように(nCounter data Analysisガイドライン)、データをエクセル上にダウンロードし解析した。簡単に言うと、まず初めに、提供された陽性アッセイ対照を使用して、データをレーン間のばらつきに関して正規化した。これが最高カウントの100個のmiRNAエクスプレッサを使用して、グローバル平均正規化に続いた。次いでそれぞれの正規化値をチェックし、これが、そのレーンについて記録されたバックグラウンドシグナルの平均よりも少なくとも2SDs高いことを確実にした。それ以下のいかなる値も0に換算した。個々のmiRNAに関する全てのAD/MCI及びNCサンプル発現値の平均を取ることにより、倍率変化値を計算した。
TaqMan qPCRを使用する候補バイオマーカーmiRNAの妥当性確認
高スループットNanostringプラットフォームを使用して特定された候補miRNAバイオマーカーを、今度はステム−ループTaqMan RT−qPCRアッセイ(Life Technoligies)を使用することで妥当性確認した。簡単に言うと、RTプライマープールを、1×TE中0.05×の最終濃度で、特異的miRNA RTプライマー(miR−301a、miR−1975、miR−191、miR−15b、miR−106a、let−7g、let−7d、miR−545、miR−1274、miR−142−3p、miR−600、miR−453、miR−563、miR−106a及びath−159a)で作成した。miRNA特異的プライマー及びプローブは、Life Technoligiesから購入した。15μlのRT反応を、6μlのRTプライマープール、0.3μLのdNTPS(100mM)、3μlのMultiscribe RT(50U/μl)、1.5μlの10×逆転写緩衝液及び0.2μlのRNAseIN(20U/μl)並びに水を含有するよう組み立てた。全ての逆転写成分をmiRNA RTキット(Life Technoligies;#4366596)中に封入した。3μlの全RNA(1:10希釈)を各サンプルについてのテンプレートとして加え、反応を氷上で5分間インキュベートし、その後16℃で30分間、42℃で30分間、酵素不活性化のために85℃で5分間インキュベートした。次いで反応を4℃で保管した。次いで、前増幅プライマーの第2のプールを、1×TE中0.2×の最終濃度で混合した同一のアッセイについてのそれぞれのPCRプライマープローブ(20×)で作成した。前増幅反応を、2×前増幅マスターミックス(Life Technoligies;#4391128)、3.75μlのカスタム前増幅プライマープール及び水を含有するよう組み立てた(反応体積を22.5μlに構成した)。次いで25μlのRT産物を加え、前増幅プログラムを通してサイクルさせた[95℃で10分間、55℃で2分間、及び72℃で2分間、95℃で15秒間及び60℃で4分間の12サイクルが続いた]。これが、99.9℃で10分間のインキュベーションに続き、次いで175μlの0.1×TE(pH8.0)を加えることで反応を希釈し、反転して混合した。次いで、2μlの前増幅産物を、ABI7500機器で、標準プロトコル(Life Technoligies;P/N 4364031−Rev d))に従って、個々の標準TaqMan qPCR反応(二通り)に使用した。均一な解析のために、0.2のマニュアル閾値及び単一試験における全ての反応についての自動ベースライン(SDS 2.4、Life Technoligies)を設定することにより、Ct値を計算した。
ΔΔCt法(Life Technoligies、更にLivak KJ、Schmittgen TD著、「Analysis of gene expression data using real−time quantitative PCR and the 2(−ΔΔC(T))Method」、Methods、(2001年)12月;25(4):402−8を参照)を、内因性対照として使用したhsa−miR−106a及びath−159aの双方の幾何平均、並びに全ての個々の値を補正するよう使用されるNC患者の平均相対的Ct値と共に、解析に使用した。次いで線形倍率変化を計算し、Prism(GraphPad Prism Sftware、San Diego、CA−USA)を使用してプロットした。(注:コホート2についてのシグネチャー妥当性確認(表2を参照)を上記のように正確に実行したが、RT及び前増幅プライマープールは、シグネチャー及び正規化対照特異的プライマー(miR−301a、miR−191、miR−15b、let−7g、let−7d、miR−545、miR−142−3p、miR−106a及びath−159a)のみを使用して調製した。miRNA−特異的プライマー及びプローブは、カタログ番号000464(miR−142−3p)、001289(miR−545)、000380(let−7d)、000490(miR−191)、000528(miR−301a)、000383(let−7g)、000390(miR−15b)、000578(miR−106a)、及び000338(ath−159a)で、Applied Biosystemsから購入した)。
実施例2:シグネチャー生成及び予測モデル構築
コホート1中のADサンプルとNCサンプルの間で有意に異なる発現を有する(倍率変化>1.5、p値≦0.005)として特定かつ妥当性確認されたmiRNAを、予測モデル構築のために選択した。コホート1中のAD(n=11)及びNC(n=20)サンプルのそれぞれからの7つのmiRNA(let−7d、miR−191、miR−301a、miR−545、let−7g、miR−15b、miR−142−3p)の発現値を、シグネチャー構築モデルのための入力として使用した。特に、コホート1のTaqman qPCRから得られた7つのmiRNAのそれぞれに関する相対的Ct値(観測された個々のmiRNAのCt値からAth−159a及びmiR−106aのCt値の幾何平均を減算したもの)を使用して、ADをNCサンプルから分離するための線形分類器を構築した(相対的Ct値は表4に示す)。全ての可能な7つのmiRNAの非ゼロサブセット(127個のシグネチャー)を、線形判別分析(LDA)に使用した。LDAについては、MASSソフトウェアパッケージを、Rバージョン2.12.2のウィンドウズ(登録商標)のインプリメントにおいて使用した(Venables,W.N及びRipley,B.D著、(2002年)、Modern Applied Statistics with S)、第4版、Springer、New York。ISBN 0−387−95457−0)。パッケージのソースコードは、http://cran.r−project.org/web/packages/MASS/index.htmlで入手可能である。他の好適なソフトウェアパッケージを使用し又は展開してもよい。曲線下面積(AUC)数もまた、ソフトウェアパッケージの「検証」(ソースコードは、http://cran.r−project.org/web/packages/verification/index.htmlで入手可能であり;更にMason,S.J.及びN.E.Grahamら著、「Areas beneath the relative operating characteristics(ROC) and relative operating levels(ROL) curves:Statistical significance and interpretation」、Q.J.R.Meteorol。Soc.30、(1982年)、291−303も参照)を使用するR(バージョン2.12.2)で計算した。他の適切なソフトウェアパッケージも使用し又は展開することができる。
予測精度、感度、特異性及びAUCを算定するよう使用されるサンプルコード及び入力ファイルの説明は、以下に記載される。このコードは、3つのmiRNA(「miR−545」、「let−7g」、「miR−15b」)の代表的シグネチャーを使用してAD又はNormalなどの未知サンプルを分類する方法を示す。7つの妥当性確認されたmiRNAの任意の組み合わせに基づいて分類を実行するためのコードも同様であり、これら7つのmiRNAの任意の組み合わせに基づいたシグネチャーが使用され得ることが理解されるべきである。7つの妥当性確認されたmiRNAから選択される任意の組み合わせ又は個々のmiRNAについては、コホート1から得られたトレーニングデータに基づいて、LDAモデルの係数値を決定することにより線形判別モデルを構築することができる。一旦、コホート1に基づいてモデルを決定すれば、そのサンプルが得られた個体がADの個体であるか、又は正常な固体であるかを任意の新しいサンプルについて予測することができる。新しいサンプルについて予測を行うために、シグネチャーにおけるそれぞれ個々のmiRNAについてのmiRNA発現レベルを決定することが必要である。これら値に基づいて、モデルは、新しいサンプルがADを有する個体からであることの(「経験的」)確率に戻るであろう。この確率のカットオフ値がモデルの感度及び特異性を決定する。我々の予測のために、0.5の閾値で、精度、感度及び特異性を決定した(すなわち、サンプルがADである確率が0.5よりも大きい場合、我々のモデルは、これをADとして分類した)。
例示的な入力ファイルは、train.txt.、Validation.txt.、train_an.txt.及びvalidation_an.txt.の形であり得る。「train.txt」は、行列の形でコホート1に関する発現プロファイルを含有するファイルであり、行はサンプルであり、列はmiRNAである。第1の行はmiRNAの名称を含有し、第1の列はサンプルの名称を含有する。「train_an.txt」ファイルは、サンプルの注釈を含有する。2つの列があり、第1の列はサンプルの名称を含有し、第2の列はサンプルの注釈を含有す(この場合、「normal」と「AD」である)。ファイル「validation.txt」及び「validation_an.txt」は、正確に同一のフォーマットで、コホート2に対いてのデータ及び注釈を含有する。変数prediction$class及びprediction$posteriは、コホート2からのサンプルの予測された注釈及び対応の確率を含有する。
予測精度、感度、特異性及びAUC数を算定するために使用され得る例示的なコードは以下の通りである。
read.file <− function(file,inv)

data.tmp=read.csv(file,sep=“¥t”,header=T)
mat <− matrix(0, nrow=nrow(data.tmp), ncol=ncol((data.tmp))−1)
rownames(mat)=data.tmp[,1]
colnames(mat)=colnames(data.tmp)[2:ncol(data.tmp)]
for(i in 1:nrow(data.tmp))

mat[i,]=as.numeric(data.tmp[i,2:ncol(data.tmp)])

if(inv==T) {mat=t(mat) }
mat


library(MASS)
library(verification)
train=read.file(“train.txt”,F)
validation=read.file(“validation.txt”,F)
train_an=read.table(“train_an.txt”)
validation_an=read.table(“validation_an.txt”)
validation_an=as.factor(validation_an[,1])
train_an=as.factor(train_an[,1])
obs=NULL
obs[validation_an==“normal”]=0
obs[validation_an==“AD”]=1
set=c(“miR.545”,“let.7g”,“miR.15b”)
train_sp=train[,set]
ldatrain=lda((train_sp),train_an)
validation_sp=validation[,set]
prediction= predict(ldatrain,validation_sp)
tb=table(validation_an,prediction$class)
nr=tb[1,1]+tb[2,2]
accuracy=nr/sum(tb)
sensitivity=tb[1,1]/(tb[1,1]+tb[1,2])
specificity=tb[2,2]/(tb[2,1]+tb[2,2])
auc=roc.area(obs,prediction$posteri[,1])$A
7つの妥当性確認されたmiRNAの任意の組み合わせに基づいた分類を実行するために、上記に示したものと類似するサンプルコードが使用され得る。あるいは、予測に有用な、又は予測精度、感度特異性及びAUCをデータセットから算定するために有用な他のソフトウェアコードが、上述のサンプルコードに代えて使用されてもよい。
実施例3:対象の状態を正常又はアルツハイマー病を有すると予測するmiRNAバイオマーカー
実施例2に記載の7つの妥当性確認されたmiRNA(let−7d、let−7g、miR−15b、miR−142−3p、miR−191、miR−301a及びmiR−545)の全ての非ゼロサブセットを使用する予測モデルの性能を、PrecisionMed,Inc.から入手した、20人のAD及び17人のNC患者を含有する第2のコホート(「コホート2」)からのヒト血漿サンプルの分類結果に基づいて評価した。コホート2中の患者についての年齢、性別、診断、及びMMSEスコアが表5に提供されている。予測モデルの性能を、精度、特異性、感度及び曲線下面積(AUU)数に基づいて評価した。
実施例1に記載の通りに、それぞれのコホート2サンプルからの500μlの血漿だけを使用して、全RNA抽出を実行し、続いてTaqMan RT−qPCR分析を行った。非常に親密に複製されているシグネチャーmiRNAに関する2つのコホート間の倍率変化と、優れたp値とで、我々は有意な相関性を達成した(図6、表6)。
次いで、コホート2サンプルのそれぞれからの候補miRNA(let−7d、let−7g、miR−15b、miR−142−3p、miR−191、miR−301a及びmiR−545)のそれぞれに関する相対的Ct値((観測された個々のmiRNAのCt値からAth−159a及びmiR−106aのCt値の幾何平均を減算したもの)をsiginecha−miRNA予測アルゴリズムのための入力として使用し(表7)、これを上述のようにコホート1のデータに基づいて展開した。全ての可能性のあるシグネチャーを表8に列挙する。>75%の精度を有するシグネチャーを表9に示し、一方>89%の精度を有するシグネチャーを表10に示す。全体のシグネチャー制度を誤分類されたサンプル(AD又はNC)の分画として算定した。感度は、真陽性を特定するための予測モデルの能力を特徴付け、本試験では、これをADサンプルの総数で割った正確に特定されたADサンプルの数として算定した。一方、特異性は、NCサンプルの総数で割った正確に分類されたNCサンプル(真陰性)の数であった。感度対偽陽性率(1−特異性)のプロットである、AUCを受信者操作特性(ROC)曲線下面積として算定した。ROC曲線は、予測確率についての閾値を変化させることにより生成した。
miR−545、let−7g及びmiR−15bの組み合わせは、最高の特異性(94.1%)、感度(95%)及びAUC(0.953)を与えた。シグネチャー組み合わせは、2つのmiRNA(例えば、miR−15b及びmiR−545)から7つのmiRNA(例えば、miR−191、miR−301a、miR−545、let−7g、let−7d、miR−15b及びmiR−142−3p)の範囲であった(表9A〜9Bを参照)。これに加えて、個々のmiRNAについてのシグネチャー精度も検討した(表11)。シグネチャー精度は、組み合わせシグネチャーに比べて個々のmiRNAについては低かった。特異性に関して最適な単独形miRNAは、miR−142−3p及びmiR−301aであって、双方ともに100%の特異性を有した。しかし、miR−142−3pは、miR−301aについての25%の感度に比較すると、より良好な感度(65%)を有した。Let−7g及びmiR−191は、95%で最適感度を有したが、miR−191だけが76%の富化特異性を有した。miR−191、miR−15b及びlet−7dは、単独形miRNAの最適な全体的精度を有した。

Claims (46)

  1. 対象におけるアルツハイマー病を診断する方法であって、
    前記対象からの循環miRNAを含有するサンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定することを含み、ここで、前記少なくとも1つのmiRNAが、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
    好適な対照に対して決定される、正常な対象におけるmiRNAのレベルと前記少なくとも1つのmiRNAのレベルとの差が、前記対象におけるアルツハイマー病を示す、方法。
  2. 前記サンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルに基づいて、前記対象におけるアルツハイマー病の有無の診断を提供することを更に含む、請求項1に記載の方法。
  3. 好適な対照に対する少なくとも1つのmiRNAのレベルの差を、前記対象におけるアルツハイマー病の診断に相関させることを更に含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記サンプル中のmiR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7dからなる群から選択される1つのmiRNAのレベルを決定することを含み、正常な対象におけるmiRNAのレベルと前記miRNAのレベルとの差が減少である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. miR−301a;miR−545;並びにmiR−301a及びmiR−545からなる群から選択される、前記サンプル中の少なくとも1つの追加のmiRNAのレベルを決定することを更に含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記サンプル中の少なくとも2つのmiRNAのレベルを決定することを含み、前記miRNAが、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記サンプル中の少なくとも2つのmiRNAのレベルを決定することを含む、請求項5に記載の方法。
  8. 前記miRNAが、miR−545、let7g、及びmiR−15bである、請求項5に記載の方法。
  9. 前記miRNAが、miR−15b及びmiR−545である、請求項5に記載の方法。
  10. 前記miRNAが、miR−301a、miR−545、let−7g及びmiR−15bである、請求項5に記載の方法。
  11. 前記miRNAが、miR−191及びmiR−15bである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記miRNAが、Let−7g及びmiR−15bである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記miRNAが、miR−191、miR−301a、及びmiR−545である、請求項5に記載の方法。
  14. 前記miRNAが、miR−301a、let−7g、及びmiR−15bである、請求項5に記載の方法。
  15. 前記miRNAが、miR−191、miR−301a、miR−545、及びmiR−15bである、請求項5に記載の方法。
  16. (i)前記対象からの循環miRNAを含有するサンプル中の2つ以上のmiRNAのレベルを決定することであって、前記miRNAが、
    (a)miR−545、let7g、及びmiR−15b、
    (b)miR−15b及びmiR−545、
    (c)miR−301a、miR−545、let−7g及びmiR−15b、
    (d)miR−191及びmiR−15b、
    (e)Let−7g及びmiR−15b、
    (f)miR−191、miR−301a、及びmiR−545、
    (g)miR−301a、let−7g、及びmiR−15b、及び
    (h)miR−191、miR−301a、miR−545、及びmiR−15bからなる群から選択される、ことと、
    (ii)前記サンプル中の前記2つ以上のmiRNAのレベルを、正常な対象及びアルツハイマー病を有する対象において存在する同一のmiRNAのレベルを表すデータのセットと比較することと、
    (iii)ステップ(ii)で行われた前記比較に基づいて、アルツハイマー病の有無について前記対象を診断することと
    を含む、請求項5に記載の方法。
  17. 好適な対照に対する少なくとも1つのmiRNAの前記レベルの差が、ソフトウェア分類アルゴリズムを実行することにより決定される、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記サンプルが、血液、リンパ液、尿、及び唾液からなる群から選択される、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記サンプルが、無細胞サンプルである、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記サンプルが、無微細小胞サンプルである、請求項1〜17及び19のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記サンプルが、血漿である、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
  22. 前記サンプルが、血清である、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
  23. アルツハイマー病の診断を容易にするための少なくとも1つの追加試験を実行することを更に含む、請求項1〜22のいずれか一項に記載の方法。
  24. 前記追加試験が、簡易精神状態検査(MMSE)、mini−cog試験、ADAS−cog試験及び時計描画試験からなる群から選択される、請求項23に記載の方法。
  25. 前記追加試験が、アルツハイマー病に関する少なくとも1つの追加バイオマーカーを検出することを含む、請求項23に記載の方法。
  26. アルツハイマー病治療薬、或いはその薬学的に許容可能な塩又はエステルを含む医薬組成物の治療的有効量を前記対象に投与することを更に含む、請求項1〜25のいずれか一項に記載の方法。
  27. 前記アルツハイマー病治療薬が、ガランタミン、リバスチグミン及びドネペジルからなる群から選択される、請求項26に記載の方法。
  28. miRNAのレベルが、前記miRNAに特異的にハイブリダイズする薬剤を使用して検出される、請求項1〜27のいずれか一項に記載の方法。
  29. miRNAのレベルが、増幅、ハイブリダイゼーション、及び/又は配列決定法(例えば、定量的PCR)を使用して検出される、請求項1〜27のいずれか一項に記載の方法。
  30. 対象におけるアルツハイマー病の経過を監視する方法であって、
    (a)循環miRNAを含有する対象からの第1のサンプル中の、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定することと、
    (b)循環miRNAを含有する前記対象からの第2のサンプル中の、前記少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定することであって、前記第2のサンプルが、前記第1のサンプルの後に取得されることと、
    (c)ステップ(a)及び(b)において決定された前記レベルを比較することであって、前記レベルがアルツハイマー病の進行を示すことと
    を含む、方法。
  31. 前記サンプル中の少なくとも1つの追加のmiRNAのレベルを測定することを更に含み、前記追加のmiRNAが、miR−301a;miR−545;並びにmiR−301a及びmiR−545からなる群から選択される、請求項30に記載の方法。
  32. 対象におけるアルツハイマー病を治療する方法であって、
    (a)前記対象からの循環miRNAを含有するサンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルを決定することであって、ここで、前記少なくとも1つのmiRNAが、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、好適な対照に対して決定される、正常な対象におけるmiRNAのレベルと前記少なくとも1つのmiRNAのレベルとの差が、前記対象におけるアルツハイマー病を示すことと、
    (b)少なくとも1つのmiRNAのレベルの差が検出された場合に、アルツハイマー病治療薬、或いはその薬学的に許容可能な塩又はエステルを含む医薬組成物の治療的有効量を前記対象に投与することと
    を含む、方法。
  33. 前記サンプル中の少なくとも1つの追加のmiRNAのレベルを決定することを更に含み、前記追加のmiRNAが、miR−301a;miR−545;並びにmiR−301a及びmiR−545からなる群から選択される、請求項32に記載の方法。
  34. アルツハイマー病を有する対象を治療する方法であって、
    (a)前記対象からの循環miRNAを含有するサンプル中の少なくとも1つのmiRNAのレベルが、好適な対照に対して異なる、アルツハイマー病を有する対象を特定することであって、前記少なくとも1つのmiRNAが、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることと、
    (b)アルツハイマー病治療薬、或いはその薬学的に許容可能な塩又はエステルを含む組成物の治療的有効量を前記対象に投与することと
    を含む、方法。
  35. 前記サンプル中の少なくとも1つの追加のmiRNAのレベルが、好適な対照に対して異なる対象を特定することを更に含み、前記追加のmiRNAが、miR−301a;miR−545;並びにmiR−301a及びmiR−545からなる群から選択される、請求項34に記載の方法。
  36. 前記アルツハイマー病治療薬が、ガランタミン、リバスチグミン及びドネペジルからなる群から選択される、請求項32〜35のいずれか一項に記載の方法。
  37. 対象におけるアルツハイマー病を診断するためのキットであって、
    (i)対象からの循環miRNAを含有するサンプル中の少なくとも1つのmiRNAの存在を選択的に検出する薬剤であって、前記少なくとも1つのmiRNAが、miR−191、miR−15b、miR−142−3p、Let−7g、Let−7d、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される薬剤と、
    (ii)前記少なくとも1つのmiRNAのレベルの決定のための使用説明書と、
    を含み、好適な対照に対して決定される、正常な対象におけるmiRNAのレベルと前記少なくとも1つのmiRNAのレベルとの差が、前記対象におけるアルツハイマー病を示す、キット。
  38. 前記サンプル中の少なくとも1つの追加のmiRNAの存在を選択的に検出する薬剤を更に含み、前記追加のmiRNAが、miR−301a;miR−545;並びにmiR−301a及びmiR−545からなる群から選択される、請求項37に記載のキット。
  39. 前記薬剤が、前記miRNAに特異的にハイブリダイズする、請求項37又は38に記載のキット。
  40. 前記サンプルが、血液に由来する、請求項1〜39のいずれか一項に記載の方法又はキット。
  41. 前記サンプルが無細胞サンプルである、請求項40に記載の方法又はキット。
  42. 前記サンプルが、無微細小胞サンプルである、請求項41に記載の方法又はキット。
  43. 好適な対照に対する少なくとも1つのmiRNAのレベルの差が、ソフトウェア分類アルゴリズムを実行することにより決定される、請求項1〜42のいずれか一項に記載の方法又はキット。
  44. 正常な対象におけるmiRNAのレベルと前記miRNAのレベルとの差が減少である、請求項1〜43のいずれか一項に記載の方法又はキット。
  45. 前記対象が哺乳動物である、請求項1〜44のいずれか一項に記載の方法又はキット。
  46. 前記対象がヒトである、請求項45に記載の方法又はキット。
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