JP2019513417A - 発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法 - Google Patents

発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2019513417A
JP2019513417A JP2019503616A JP2019503616A JP2019513417A JP 2019513417 A JP2019513417 A JP 2019513417A JP 2019503616 A JP2019503616 A JP 2019503616A JP 2019503616 A JP2019503616 A JP 2019503616A JP 2019513417 A JP2019513417 A JP 2019513417A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
methylation
blastocysts
embryos
detection
grade
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019503616A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6932765B2 (ja
JP2019513417A5 (ja
Inventor
江 劉
江 劉
杰 喬
杰 喬
国強 李
国強 李
洋 于
洋 于
勇 范
勇 范
从儒 李
从儒 李
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peking University Third Hospital
Original Assignee
Peking University Third Hospital
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peking University Third Hospital filed Critical Peking University Third Hospital
Publication of JP2019513417A publication Critical patent/JP2019513417A/ja
Publication of JP2019513417A5 publication Critical patent/JP2019513417A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6932765B2 publication Critical patent/JP6932765B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6869Methods for sequencing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • C12Q1/6888Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • C12Q1/6881Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for tissue or cell typing, e.g. human leukocyte antigen [HLA] probes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2525/00Reactions involving modified oligonucleotides, nucleic acids, or nucleotides
    • C12Q2525/10Modifications characterised by
    • C12Q2525/173Modifications characterised by incorporating a polynucleotide run, e.g. polyAs, polyTs
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2525/00Reactions involving modified oligonucleotides, nucleic acids, or nucleotides
    • C12Q2525/10Modifications characterised by
    • C12Q2525/191Modifications characterised by incorporating an adaptor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2531/00Reactions of nucleic acids characterised by
    • C12Q2531/10Reactions of nucleic acids characterised by the purpose being amplify/increase the copy number of target nucleic acid
    • C12Q2531/113PCR
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2537/00Reactions characterised by the reaction format or use of a specific feature
    • C12Q2537/10Reactions characterised by the reaction format or use of a specific feature the purpose or use of
    • C12Q2537/164Methylation detection other then bisulfite or methylation sensitive restriction endonucleases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/154Methylation markers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

本発明では、発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法が開示されている。当該方法では、胚盤胞における少量の栄養膜細胞のDNAメチル化プロファイルを検出し、ガードナー分類における形態良好な胚のメチル化レベルの平均値とパターンを、発育良好な胚盤胞のスクリーニング基準とし、検出待ちの胚盤胞の栄養膜細胞のメチル化レベルが、良好な胚のメチル化レベルまたは状態に近ければ近いほど、胚の発育が良好になり、より母体への移植に適する。それと同時に、メチル化シーケンシングの結果の分析により、染色体が異常であるかを判断し、染色体異常胚を直接に除去することができる。【選択図】図1

Description

本発明は全ゲノムレベルのエピジェネティクス分野に関するもので、具体的には、発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法に関するものである。
体外受精及び胚移植(IVF−ET)は、俗に「試験管ベビー」と称され、特殊な臨床生殖補助技術であり、卵子と精子を体外に取り出し、体外の人工制御の環境でそれらの受精の過程を完成させ、初期胚を女性の子宮に移植し、子宮内で胎児に育成することが必要である。このように、体外受精技術で生まれたベビーは試験管ベビーとも呼ばれる。移植する前に、体外で得られた胚をスクリーニングする必要があり、現在臨床上、下記の二つの方法がある。
(1)ガードナー分類システム(Gardner morphological blastocyst grading system)による方法。試験管ベビーの過程において、胚盤胞の育成と移植がとても重要な工程である。試験管ベビーの胚盤胞の品質の優劣は、成功を決定する重要な要素である。現在の臨床では、ガードナー分類システムにより、胚盤胞腔の大きさ及び孵化するか否かに基づき、胚盤胞の発育を下記の六つの段階に分けている。即ち、初期胚盤胞であって、胚盤胞腔が胚の総体積の1/2より小さい第1段階;胚盤胞腔の体積が胚の総体積の1/2、またはそれ以上である第2段階;完全胚盤胞であって、胚盤胞腔が完全に胚の総体積を占めている第3段階;拡張胚盤胞であって、胚盤胞腔が完全に胚を満たし、胚の総体積が大きくなり、透明帯が薄くなる第4段階;孵化中胚盤胞であって、胚盤胞の一部が透明帯から脱出した第5段階;孵化後胚盤胞であって、胚盤胞全体が透明帯から脱出した第6段階。第3〜6段階の胚盤胞では、それらの内部細胞塊及び栄養膜細胞に対して、品質のグレード分類を行う必要がある。細胞塊のグレード分類には、細胞数が多く、緊密に配列するグレードA;細胞数が少なく、疎に配列するグレードB;細胞数がかなり少ないグレードCがある。栄養膜細胞のグレード分類には、上皮細胞層が比較的に多くの細胞からなり、構造が緻密であるグレードA;上皮細胞層が少ない細胞からなり、構造が稀疎であるグレードB;上皮細胞層が稀疎な細胞からなるグレードCがある。このような分類法によれば、評価の最も良好な胚盤胞は5日目の胚盤胞3AAと、6、7日目の胚盤胞4AAである。ART治療において、グレードAAの胚が最も理想的な選択であるが、臨床上では、33%の夫婦しかグレードAAの胚を得て移植に用いることができず、52%の患者はグレードB*の胚盤胞(AB、BA、BBを含む)しか得られない。グレードAAの胚の出生率が39%で、グレードB*の胚の出生率が約28%で、グレードC*(BC、CBを含む)の胚の出生率が4%で、そのうち、グレードCCの出生率はほぼ0である。
ガードナー分類システム(Gardner morphological blastocyst grading system)は顕微鏡に依頼する伝統的な技術であり、形態学的なグレードの高い胚を選んで移植する胚形態学であり、精度が劣る。臨床試験のデータによれば、形態学的検出だけに頼る生殖補助治療の反復流産者の流産率は33.5%であり、臨床妊娠率が45.8%である。試験管ベビーの平均成功率が20〜30%であるため、一回の移植の成功率を向上させるためには、通常、2〜3個の胚を同時に移植する。このため、多胎現象が現れることは多々にある。多胎のリスクは単一胎より高く、このような危険は母にとっても胎児にとっても存在する。従って、母子の安全を守るために、三つ子以上の場合、原則的には、減数手術を行う必要があるが、減数手術を行う場合、すべての胚が流産する可能性が10%である。
よって、妊娠の成功率を向上させるために複数の胚を盲目的に移植して多胎妊娠になり、妊娠期間中に減数手術を行わざるを得ないことによる危害及び論理的な衝突を避け、試験管ベビーの成功率を向上させる新たな方法が望まれている。
(2)胚移植前の遺伝子スクリーニング、即ち、第三世代試験管ベビー(pre−implantation genetic screening/diagnosis,PGS/PGD)による方法。1990年に、英国のHandysideはポリメラーゼ連鎖反応(PCR)技術による卵割球の分析に成功し、性連鎖劣性遺伝病の持病者に対して、胚の性別のスクリーニング後の妊娠分娩を行い、世界初のPGSを完成させ、出産前のスクリーニングの新紀元を画した。1990年以後、移植前のスクリーニング技術は急速に発展している。1994年に、Monneは蛍光 in situ ハイブリダイゼーション(fluorescent in situ hybridization、FISH)技術を用いて、移植する前の染色体異数体及び胚の性別のスクリーニングに成功した。それ以来、マルチプレックスPCR、蛍光PCR、多色FISHなどの技術が次々と発展してきた。1998年、FISHは染色体が均衡転座したPGSに応用され始めた。PGSは、正常で均衡な配偶子または胚を選択することで、染色体転座による反復自然流産率を著しく降下させた。同年、商業的に提供された、13、18、21、X及びYの5つの染色体を同時にスクリーニングできる5色プローブもPGSに使用され始め、それによって高齢女性の卵子及び胚の異数体のスクリーニングを行っていた。1999年以来、次々と開発された分裂間期核転換(interphase nuclerconversion)技術、比較ゲノムハイブリダイゼーション(comparative genomic hydridization、CGH)、全ゲノム増幅(whole genome amplification、WGA)技術が相次いでPGSに用いられ、当該技術の研究及び応用をさらに促進させた。2010年以来、ハイスループットシーケンシング技術(High−throughput sequencing)が急速に発展し、1回に数十万〜数百万のDNA分子をシーケンシングし、1つの胚のゲノムを精密且つ全面的に分析することが可能になり、PGSを新たな分野に取り込んだ。国内外のPGS技術に対する研究の熱意は一時でも止まることなく、現在では、PGSは主に、a. 染色体数の異常;b. 胚の性別の診断;c. 遺伝子欠失型遺伝病;d. 胚の単一遺伝子疾患の検査といった遺伝病の診断に応用されている。
現在、アメリカでは、約12%の生殖期の女性は生殖補助技術ARTによって子を出産するニーズがある。自然に受胎した者の中にも、胚発育の異常のため流産してしまう者がかなりいる。ART術後に、大部分の胚は発育の異常のため流産してしまう。ゲノム不安定性、例えば、各種の遺伝子の突然変異、染色体構造や数の異常などは流産を招く重要な原因の1つである。遺伝子の欠陥を有する初期胚を排除するために、臨床上では着床前診断技術(preimplantation genetic dianosis、PGD)が用いられている。このような技術はマイクロマニピュレーションの方法で、移植前の胚の栄養膜から複数の細胞を分離し、これらの細胞に対してゲノム検出を行うものである。現在、PGD技術は臨床に広く使用され、「第三世代試験管ベビー」と呼ばれ、生殖補助治療を受ける反復流産者の流産率を大幅に低下させ、臨床妊娠率を向上させている。
PGS胚移植前の遺伝子スクリーニングは、染色体の数やDNA配列が変化した遺伝性疾患だけに対してスクリーニング作用を有する。臨床における大部分の不妊症や流産は、DNA配列の変化によるものではなく、大部分の胚の流産には未だに何らかの既知の原因がない。
動物発育の過程において、エピジェネティック情報が重要な役割を果たしている。有機体内のすべての細胞が同じDNA配列を用いるが、エピゲノムの制御により、細胞が異なる種類に分化し、異なる器官が形成される。つまり、胚の初期の発育過程において、発育段階の異なる細胞は特定のエピゲノムパターンを従わなければならず、このパターンによって胚の多能性が確保され、正確な方向に分化・発育するように導かれていく。哺乳動物の初期胚の発育過程において、全ゲノムレベルのDNA脱メチル化が現れる。メチルトランスフェラーゼDNMTsまたはTet3の遺伝子配列を人工的にノックアウトし、DNAメチル化のリプログラミングを止める場合、胚発育の異常が発生してしまう。
本発明は、胚移植前のエピゲノムスクリーニング技術(preimplantation epigenetic examination、PEGE)に基づく、世界で初めてエピジェネティック情報による方法を用いて胚の状態を鑑定する方法であって、体外培養段階の胚盤胞から複数の栄養膜細胞を分離し、これらの複数の細胞を取ることが胚全体にとって非侵襲的であるが、胚全体のメチル化状態及び各染色体の倍数状態を代表することができる、発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法を提供することを目的とする。
胚が桑実胚に発育した後、桑実胚がさらに分裂し、それと同時に、子宮腔中の分泌液が透明帯を通じて細胞内に浸み込んで、1つの▲のう▼腔が形成され、胚盤胞腔となる。胚盤胞腔外を包囲するものが扁平細胞層であり、当該層におけるサイズが比較的に小さい細胞は、胎盤の一部となり、栄養膜細胞と呼ばれる。胚の一端に集まる、サイズが比較的に大きい細胞は、内部細胞塊(inner cell mass、ICM)と呼ばれる。内部細胞塊の細胞は胚性幹細胞であり、未分化の細胞でもあって、発育多能性を有し、将来的には胎児の各種の組織に発育する。将来、栄養膜細胞が胎膜と胎盤に発育するため、遺伝子診断を行う場合、一般的には少量の栄養膜細胞を取リ出して検出を行う。このような操作は、正常な胎盤の形成に影響を与えず、胎児の発育を影響することもない。
本発明は「one−tube」法で微量の細胞の全ゲノムメチル化ライブラリーを構築し、その後、サンプルに対して全ゲノムのメチル化シーケンシングを行う。グレードAAの胚の平均メチル化レベルを判定基準とし、即ち、臨床移植前における胚の非侵襲的な検出の定量基準とする。被検胚のメチル化状態が基準値に近ければ近いほど、その発育状態が良好で、正常の胎児に発育する可能性が大きく、より移植に適すると証明される。同時に、測定したメチル化結果を分析することで、各胚のゲノムにおける染色体倍数が異常であるかどうかを判断できる。染色体異常胚は胚移植に使用できない。従って、本発明の方法によれば、臨床医師は、染色体の倍数が正常で、かつより良好なエピジェネティックプロファイルを示す胚を選択して胚移植を行うことができる。
本発明の研究では、ガードナー分類における形態良好なグレードAAの胚の全ゲノムメチル化レベルが非常に一致していること(図1)、形態学的に普通であるB*胚における一部の胚の全ゲノムメチル化レベルがグレードAAの胚のレベルと一致し、一部の胚のメチル化レベルとグレードAAの胚のレベルとの差が大きいこと(図2)、形態学的に劣るC*胚における大部分の胚の全ゲノムメチル化レベルがグレードAAの胚のメチル化レベルとの差が顕著であること(図1)が見出された。つまり、形態学的な分類が劣るほど、グレードAAと比べてメチル化レベルにおいて差がある胚の割合がより大きくなることが見出された。
それと同時に、本発明では、すべてのグレードAAの胚のメチル化パターン(DNA methylation pattern)がよく似ていること(図3、図4)(即ち、異なる胚が同じゲノム領域において同じ高メチル化または低メチル化の状態を呈する。)、品質の低い胚がそれぞれ異なる状態を呈すること(図3、図4)が見出された。
本発明は、人類の初期胚の発育過程において、全ゲノムレベルのエピジェネティック情報の不安定が現れ、これが出生率の低下の重要な要素の1つであり、ゲノムDNAメチル化プロファイルが胚の発育過程において重要な役割を果たし、メチル化に問題がある胚では、一部の重要な遺伝子の制御領域においてメチル化に問題が生じたことを証明した(図5、図6)。メチル化レベルが基準に合致するまたは近い胚盤胞は、胚移植の最も理想的な選択である。PEGE検出により、メチル化レベルがよりグレードAAに近い胚をスクリーニングして移植し、直接に胚のエピジェネティック物質を分析し、胚の発育が異常であるかどうかを判断し、より移植に適する胚をスクリーニングすることができる。生殖補助技術の精度を潜在的に大幅に向上させ、「試験管ベビー」の妊娠成功率を向上させ、自然流産率を低下させ、妊娠の品質、試験管ベビーの出生率を向上させることができる(図7)。
また、複数の栄養膜細胞を非侵襲的に獲得して測定したメチル化レベルは、胚全体のDNAメチル化レベルを代表できる(図8)。そのため、本検出方法では、栄養膜における複数の細胞を非侵襲的に獲得し、これら複数の栄養膜細胞のメチル化プロファイルを測定することが最も望ましい。ガードナー分類におけるグレードAAの胚のメチル化レベルの平均値である0.3±0.02を、発育良好な胚盤胞のスクリーニング基準とする。同じ親に由来する複数の胚について、メチル化レベルが0.3に近いほど、より胚移植に適する。
従来から、胚を移植できるかどうかを判断する1つの重要な指標は、胚の染色体が異常であるか否かである。測定したメチル化プロファイルによって、胚の各染色体の倍数が正常であるか否かをも同時に判定できる。例えば、メチル化プロファイルのデータにより、多くの胚の染色体にエラーが発生したこと(表2)、例えば、サンプルs−25−4CCに対する染色体の分析(図9)では、5番目の一つの大きなフラグメントにコピーが1つ多く、9番目の染色体の一つの大きなフラグメントにコピーが1つ少ないことが発見されたため、当該胚は胚移植に使用できないと証明されている。
つまり、栄養膜における複数の細胞を非侵襲的に獲得し、メチル化プロファイルを測定することで、メチル化レベル指標、メチル化パターン、及び染色体の状態を獲得できる。これにより、臨床医師は、染色体の倍数が正常で、かつより良好なエピジェネティックプロファイルを示す胚を選択して胚移植を行うことができる。
具体的には、本発明は、検出待ちの胚盤胞の栄養膜細胞のゲノムに対してメチル化検出を行い、そのメチル化レベルが、基準となるガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚のメチル化レベルに近いまたは等しい場合、検出待ちの胚盤胞の発育が良好であり、前記ガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚がグレードAA、AB、BA、BBの胚盤胞である、発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法を提供する。
本発明は、ガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚のメチル化パターン(DNA methylation pattern)を基準とする、発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法を提供する。
さらに、本発明は、メチル化シーケンシングの結果により、胚盤胞の各染色体の倍数が正常であるかどうかを判断し、標準の二倍体である場合、検出待ちの胚盤胞の染色体が正常である、発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法を提供する。
本発明は妊娠率の向上における上記非侵襲的な検出方法の応用を提供する。
本発明は、栄養膜細胞のメチル化レベルが、ガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚のメチル化レベル値に近いまたは等しい胚盤胞をスクリーニングして移植し、前記ガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚がグレードAA、AB、BA、BBの胚盤胞である、試験管ベビーの出生率を向上させる方法を提供する。
本発明は、栄養膜細胞のメチル化シーケンシングの結果により、検出待ちの胚盤胞のメチル化シーケンシング結果が、すべての染色体が標準二倍体であることを示す胚盤胞をスクリーニングして移植する、試験管ベビーの出生率を向上させる方法を提供する。
本発明は、胚盤胞のメチル化シーケンシングのキットであって、メチル化レベルが、基準となるガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚のメチル化レベルに近いまたは等しい場合、検出待ちの胚盤胞の発育が良好であり、前記ガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚がグレードAA、AB、BA、BBの胚盤胞である、発育良好な胚盤胞をスクリーニングするキットを提供する。
更に、本発明は、胚盤胞のメチル化シーケンシングのキットであって、検出待ちの胚盤胞のメチル化シーケンシングの結果が、すべての染色体が標準二倍体であることを示す場合、検出待ちの胚盤胞が発育良好な胚盤胞である、発育良好な胚盤胞をスクリーニングするキットを提供する。
本発明のキットの検出対象が胚盤胞の栄養膜細胞であることが好ましい。
本発明は、ガードナー分類における形態良好な胚がグレードAA、AB、BA、BBの胚盤胞である、前記ガードナー分類における形態良好な胚のメチル化レベル値の、発育良好な胚盤胞をスクリーニングするキットの製造における応用を提供する。
具体的には、本発明の実施例のメチル化シーケンシング法で、検出待ちの胚盤胞の栄養膜細胞のゲノムに対してメチル化シーケンシングを行い、検出待ちの胚盤胞の栄養膜細胞のメチル化レベルを検出し、メチル化レベルが0.3±0.2の範囲内にある場合、検出待ちの胚盤胞の発育が良好である。
検出待ちの胚盤胞の栄養膜細胞のメチル化レベルが0.3±0.02の範囲内にある場合、検出待ちの胚盤胞の発育が良好であることが好ましい。
検出待ちの胚盤胞の栄養膜細胞のメチル化パターン(DNA methylation pattern)がグレードAAの胚盤胞のパターンに近い場合、検出待ちの胚盤胞の発育が良好であることがより好ましい。
本発明では、発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法が、メチル化シーケンシングにより得られたデータにより、胚盤胞の各染色体の倍数が正常であるかどうかを判断することをも含み、標準二倍体である場合、検出待ちの胚盤胞の染色体が正常であることがより好ましい。
更に、本発明は、本発明の実施例のメチル化シーケンシング法で、栄養膜細胞のメチル化レベルが0.3±0.2である胚盤胞をスクリーニングして移植する、試験管ベビーの出生率を向上させる方法を提供する。
栄養膜細胞のメチル化レベルが0.3±0.02である胚盤胞をスクリーニングして移植することが好ましい。
栄養膜細胞のメチル化シーケンシングの結果により、すべての染色体が標準二倍体である胚盤胞をスクリーニングして移植することを更に含むことがより好ましい。
本発明は、本発明の実施例のメチル化シーケンシング法を使用し、検出待ちの胚盤胞のメチル化レベルの平均値が0.3±0.2であり、メチル化パターンがグレードAAの胚盤胞のパターンに近いおよび/または検出待ちの胚盤胞のメチル化シーケンシングの結果がすべての染色体が標準二倍体であることを示す場合、検出待ちの胚盤胞の発育が良好である、発育良好な胚盤胞をスクリーニングするキットを提供する。
本発明のキットでは、検出待ちの胚盤胞のメチル化レベルの平均値が0.3±0.02であり、メチル化パターンがグレードAAの胚盤胞のパターンに近いおよび/または検出待ちの胚盤胞のメチル化シーケンシングの結果がすべての染色体が標準二倍体であることを示す場合、検出待ちの胚盤胞の発育が良好であることが好ましい。
本発明のキットの検出対象は胚盤胞の栄養膜細胞である。
更に、本発明は、ガードナー分類におけるグレードAAの胚のメチル化レベル値の、発育良好な胚盤胞をスクリーニングするキットの製造における応用を提供する。本発明の実施例のメチル化検出方法で検出されたグレードAAの胚のメチル化レベル値が0.3±0.02である。検出待ちの胚盤胞は、栄養膜細胞のメチル化レベルが0.3に近いほど、より胚移植に適する。
本方法は胚における各染色体の状態をも同時に検出できる。染色体においてコピー数が変化しない胚だけを胚移植に用いることができ、即ち、すべでが標準二倍体である胚だけを移植に用いることができる。
本発明では、一種のメチル化シーケンシングにより、胚DNAメチル化のプロファイル(DNAメチル化レベルを含む)及び胚の各染色体の状態という二つの指標が同時に得られる。この二つの指標を合わせて胚をスクリーニングすることで、胚の生殖補助に用いる。本発明は、従来の方法に比べて、大きな利点を有する。
本発明の方法は、移植前の胚の発育状態及び発育の潜在能力を定量的にスクリーニングするものである。本発明の方法と伝統的な形態学的スクリーニングとは同じ応用範囲を有し、すべての形態学的な分類の胚(グレードAA、B*またはC*を含む)に適するが、本発明の方法はより客観的で、正確である。また、当該技術はすべての胚のスクリーニングに応用でき、当該技術は生殖補助技術の精度を大幅に向上させ、手術のリスクを低下させ、患者の苦しみを軽減し、試験管ベビーの成功率をより向上させることができる。本発明の有益な效果として、具体的には、下記の通りである。
1、本発明の方法は、伝統的な形態学及びPGSに基づき、さらに発育良好な胚を定量的にスクリーニングし、試験管ベビーの成功率を向上させ、流産率を低下させるものである。
従来の顕微鏡技術に頼る、形態学的なグレードの高い胚をスクリーニングして移植する胚形態学に比べて、本発明の方法はより客観的であり、形態学的な分類における人為的な不確定性(多くの形態学的検出が医療担当者の個人的な経験に頼る。)を避けている。また、形態学的な優劣はゲノム及びエピゲノムの状態を完全に代表することができず、それによって、胚盤胞の発育状態及び潜在能力を正確に予想することができない。一方、本発明の方法は、胚のエピジェネティック情報を直接に測定・分析することができ、胚が標準のDNAメチル化プロファイルを有するかどうか、胎児に正常に発育する潜在能力を有するかどうかを正確的に判断でき、それと同時に、染色体が正常であるかどうかをも検出し、発育が良好で、染色体が正常である胚をスクリーニングできる。本PEGE法は、世界で初めて、エピジェネティック情報により胚をスクリーニングし、移植前の検出を行うという概念を提出した。
2、本発明のPEGE法は、今現在使用されているPGS法より優れるものである。
PGD/PGSは国際的に、胚の染色体に異常があるかどうかを判断する、胚のDNA配列及び染色体の構造を分析する一般的な方法である。しかし、正常な、染色体の異常や遺伝性疾患を有しない大多数の人にとって作用がなく、大多数の人のART術後の妊娠率及び出生率を向上できない。一方、本発明の発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法は、すべての人に適するとともに、染色体の異常も検出できる。従って、本PEGE法は、既存のPGS法による、染色体の異数性問題の有無の検出を完成するとともに、より良好な胚の発育のエピジェネティック状態を示す胚をもスクリーニングするため、本方法は明らかに既存のPGS法より優れている。従って、将来、本PEGE法を臨床に応用することが、移植前における最も一般的で、基礎的且つ精確な、胚のスクリーニング手段になるのが有望である。
3、多胎妊娠を避け、減数手術の実施を減らす。
試験管ベビーの平均成功率が20%〜30%であるため、一回の移植の成功率を向上させるためには、通常、2〜3個の胚を同時に移植する。それにより多胎現象が現れることは多々にある。多胎のリスクは単一胎より高く、このような危険は母にとっても胎児にとっても存在する。権威的な調査によれば、双生児の帝王切開率が78.45%であり、早産が47.07%を占め、合併症及び併発症が39.7%を占める。双生児及び多子出産の母は妊娠期間に糖尿病、高血圧などの妊娠期総合症をより罹りやすく、出産後に出血する概率も高く、それと同時に早産も比較的に発生しやすくなる。早産児の大部分は先天性の肺部疾患を患い、このような疾患は終生的なものである。母子の安全を守るために、三つ子以上の場合、原則的には、減数手術を行う必要があるが、減数手術の場合、すべての胚が流産する可能性が10%である。本発明の方法は、一回で複数の胚を移植することによる多胎妊娠の現象を回避でき、受胎中の母の苦しみを減少し、胚の成活率及び妊娠の成功率を保証するものである。
形態学的な分類におけるグレードが最も高いグレードAAの胚と、グレードが劣るグレードCCまたはCBの胚のメチル化レベルの図である。AA−1とCB−1の胚は同じ夫婦に由来し、AA−3とCC−6も同じ夫婦に由来するものである。結果によると、AAのメチル化レベルが0.30±0.02の間にあるのに対し、CCまたはCBのメチル化レベルはAAに比べて、全体的に非常に大きな差がある。 6個のグレードBBまたはBAの胚のメチル化レベルの図である。2つの破線は5個のグレードAAの胚のメチル化レベルのSD誤差を示す。結果によると、3個のメチル化レベルがAAと近似していて(BB−3、BB−4、BB−5)、他の3個のメチル化レベルがAAに比べて非常に大きな差がある(BA−1、BB−2、BB−6)。 各胚のCpGメチル化パターンによる主成分の分析図である(PCA分析)。グレードAAの胚のメチル化パターンが非常に似ているのに対し、CCまたはCBのメチル化パターンとAAのメチル化パターンとの差は比較的に大きく、且つ各胚同士の状態の差も比較的に大きい。 5個のグレードAAの胚と7個のグレードCBまたはCCの胚における、異なるゲノムの機能要素の平均メチル化レベルを示す図である。5個のグレードAAの胚の各機能要素のメチル化レベルは近似しているが、7個のグレードCCまたはCBの胚の各機能要素のメチル化レベルの差は非常に大きく、且つ複数の胚がAAと比べて比較的に大きな差がある。 異なる形態学的な分類の胚のメチル化リプログラミングの機能分析図である。形態学的な分類によるグレードの高い胚とグレードの低い胚とのメチル化可変領域に対して、機能エンリッチメント解析(functional enrichment analysis)を行う。プロモーターがDMRs領域にある遺伝子にはDAVID GOエンリッチメント解析を用い、遺伝子内部のDMRs領域のシスエレメントはGREAT toolsにより解析する。GO解析によるp値が0.05より小さいものは、統計学的な意義を有する。結果によると、メチル化のエラーが発生する領域が、細胞の生存にとって非常に重要な基礎代謝遺伝子、または発育、特に神経の発育に係わる遺伝子によく発生し、正常のメチル化プロファイルが胚の発育にとって極めて重要であることが証明されている。 異なる胚におけるIDH2遺伝子附近のエンハンサーが異なるメチル化状態を呈することを示す図である。図には、グレードの高い胚とグレードの低い胚の平滑なメチル化レベルが延伸する遺伝子領域の上下5kbの領域が示されている。サンプルAA1、AA2、AA3のエンハンサーの周囲のメチル化状態が近似していて、サンプルCC5とCC6のエンハンサーのメチル化状態に問題が生じている。黒い短柵はCpGサイトを表す。 各グレードの胚における、メチル化レベルが0.3±0.02の範囲内にある割合、及び異なるグレードの胚の出生率を示す図である。CCとC*の出生率の代わりにC*の出生率を使用したため、図中のC*胚の出生率がCCとC*の合計出生率より高くなっている。当該図によると、メチル化状態が良好な胚は良好な出生率を得る傾向にもあることが証明されている。 非侵襲的に得られた複数の栄養膜細胞のメチル化レベルが全胚のメチル化レベルに近似していることを示す図である。BB−7−TEとCC−8−TEはそれぞれ胚BB−7とCC−8から取り出した複数の栄養膜細胞である。 メチル化プロファイルの結果により染色体のコピー数を分析することを示す図である。サンプルs−25の5番目の染色体の1つのフラグメントにコピーが1つ多く、9番目の染色体の1つのフラグメントにコピーが1つ少なくなっている。これにより、当該胚の染色体に異常が生じ、胚移植に使用できないことが証明されている。
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。本発明の主旨と実質から逸脱しない限り、本発明の方法、工程、または条件に対する補正または代替は、全て本発明の範囲に属すものである。
特に断りがない限り、実施例で用いる化学試薬はいずれも通常の市販の試薬であり、実施例で用いる技術手段は当業者が熟知している通常の手段である。
実施例1
人類胚盤胞における全ゲノムレベルのDNAメチル化の不安定に関する発見
本発明では、ガードナー分類システムにより分類されたグレードが最も高いグレードAAの胚盤胞と、グレードが劣るグレードCC、BCまたはCBの胚盤胞とを収集した。これらの胚盤胞は協力部門である北京大学第三医院及び広州医科大学付属第三医院から提供されるもので、患者に生殖補助手術を行う際に、体外で複数の胚盤胞を同時に培養した後、形態が最も良好な胚盤胞を選択して移植し、患者本人の許可を得て、同意書にサインして頂いた後、寄付していただいた残りの胚盤胞を当該課題の科学研究に使用した。各胚盤胞に対して、単一塩基解像度にて全ゲノムのメチル化シーケンシングを行った。本発明の「one−tube」実験方法の詳細は下記の通りである。
1、サンプルの準備
栄養膜細胞を胚から分離した後、5μl以下の胚専用培養液またはPBSにて200μlのチューブに保存し、−80℃まで急速に冷凍させて保存した。
2、細胞の溶解
冷凍保存したサンプルを取り出し、室温まで融化させた後、直接に4℃で3000gを5min遠心分離させた。56℃で1.5hタンパクを消化させた後、75℃で30minプロテアーゼを失活させた。
3、DNAの切断
サンプルDNA 1000pg当たりにLamda DNA 5pgを加える割合で、メチル化されていないLamda DNAを加えた。サンプルの量が50μlとなるように超純水を加えた。切断の条件:S2、50μl、400bp condition。体積が30μlになるまで濃縮させた。
4、End−Repair末端修復
準備した反応緩衝液が下記の通りである
20℃で30min反応させ、さらに75℃で20min反応させ、酵素を失活させた。次いで、次の工程に移るか、あるいは−20℃またはそれ以下の温度まで冷凍させて保存した。
5、dA−Tailing 3’末端に対するAの付加
一歩前の工程の反応系に下記の試薬を追加した。
37℃で30min反応させ、さらに75℃で20min反応させ、酵素を失活させた。次いで、次の工程に移るか、あるいは−20℃またはそれ以下の温度まで冷凍させて保存した。
6、アダプタの付加
一歩前の工程の反応系に下記の試薬を追加した。
十分に混合させ、16℃で一晩反応させた(少なくとも8h)。次いで、次の工程に移るか、あるいは−20℃またはそれ以下の温度まで冷凍させて保存した。
7、メチル化ライブラリー構築キットの使用
説明書に従い、50μlのサンプルに適用するCT ConversionReagentを調製した。準備したBisulfite Conversion mixtureは下記のとおりであった。
十分に混合させ、各サンプルを2つのチューブに平均的に配分し(1つのチューブに75μl)、下記のような工程を起動させた。98℃で10min;64℃で2h;4℃で最大2h放置した。キットのスピンカラムを採集チューブに入れ、binding buffer 600μl及びCarrier RNA 0.5μlを加えた。150μlのサンプルを一歩前の工程のbinding bufferに加えた。ピペットチップで軽く吹き、均一になるようにかき混ぜ、チューブの蓋を閉めて5min放置した。少なくとも10000rpmで1min遠心させた。採集チューブ中の試薬を改めてスピンカラムに入れ、再度1min遠心させた。遠心された試薬を除去した。スピンカラムにWash Buffer 100μlを加え、少なくとも10000rpmで1min遠心させた。スピンカラムにDe−sulphonation Buffer 200μlを加え、室温で15〜20min放置した。少なくとも10000rpmで1min遠心させた。遠心された試薬を除去した。スピンカラムにWash Buffer 100μlを加え、少なくとも10000rpmで1min遠心させた。一歩前の工程を繰り返し、採集チューブ中の試薬を除去し、スピンカラムを新たな1.5mLの遠心チューブに入れた。超純水11μlを加え、室温で10min放置し、少なくとも10000rpmで1min遠心させ、この工程を繰り返した。遠心後に得られたサンプルがバイサルファイト処理されたDNAである。次いで、次の工程に移るか、あるいは−20℃またはそれ以下の温度まで冷凍させて保存した。
8、一回目のPCR増幅
PCR増幅キットを使用した。下記の増幅緩衝液を準備した。
下記の循環工程に従って増幅を行った:98℃で45s;98℃で15s、65℃で30s、72℃で30s、計6サイクル;72℃で1min。4℃に維持した。
次いで、次の工程に移るか、あるいは−20℃またはそれ以下の温度まで冷凍させて保存した。
9、一歩前の工程のDNAサンプルに同体積(50μl)のAMPure XP Beadsを加え、均一になるまで十分に混合させ、遠心させた。37℃で10min静置した。チューブをマグネティックラックにセットし、5min静置した。75%エタノール200μlで磁気ビーズを洗浄し、上清を吸い捨てた。磁気ビーズを空気に2min晒し、エタノールを揮発させた。10mM Tris−HCl(pH 8.5)25μlで磁気ビーズを再懸濁させ、簡単に遠心させた後、5min静置した。その後、マグネティックラックにセットし、5min静置した。上清を収集して新たな200μl遠心チューブに入れ、次いで、次の工程に移るか、あるいは−20℃またはそれ以下の温度まで冷凍させて保存した。
10、二回目のPCR増幅
PCR増幅キットを使用した。下記の増幅緩衝液を準備した。
下記の循環工程に従って増幅を行った:98℃で45s;98℃で15s、65℃で30s、72℃で30s、計13〜16サイクル;72℃で1min;4℃に維持した。次いで、次の工程に移るか、あるいは−20℃またはそれ以下の温度まで冷凍させて保存した。
11、ゲルの回収
DNAサンプルに対して、ゲルの濃度が2%で、電圧が90Vに制御されたアガロースゲル電気泳動を行った。シーケンシングの要求に応じて、適宜な大きさのDNAフラグメントを切り取って、ゲルの回収を行った。最後の工程でDNAを溶離させる際に、計50μlの無菌超純水を使用し、3回に分けて、溶離した。
12、アダプタの除去
一歩前の工程のDNAサンプルに0.8x(40μl)AMPure XP Beadsを加え、均一になるまで十分に混合させ、遠心させた。37℃で10min静置した。チューブをマグネティックラックにセットし、5min静置し、磁気ビーズが吸着されるまでに待っていた。磁気ビーズを吸い取らないように上清を吸い捨てた。75%エタノール200μlで磁気ビーズを洗浄し、上清を吸い捨てた。磁気ビーズを空気に2min晒し、エタノールを揮発させた。10mM Tris−HCl(pH 8.5)15μlで磁気ビーズを再懸濁させ、簡単に遠心させた後、5min静置した。その後、マグネティックラックにセットし、5min静置した。上清を収集して新たな1.5μlの遠心チューブに入れ、−20℃まで冷凍させて保存した。このサンプルがシーケンシング待ちのDNAサンプルである。
上記の工程によりDNAメチル化ライブラリーが得られ、ライブラリーが品質検査に合格した後、シーケンシングを行うことができる。まず、Bismark対照ソフトで、得られた胚盤胞の全ゲノムのメチル化シーケンシングデータをヒトリファレンスゲノム配列(hg19)と比較した。比較情報によれば、PCR反復配列及び両端の配列が重なる領域を除去した後、唯一に比較されたヒトリファレンスゲノム配列上のシーケンシング配列(read)がWaston鎖配列とCrick鎖配列に分けられる。Samtoolsソフトにより、Waston鎖配列のシトシン(Cytosine)及びCrick鎖配列のアデニンに由来するメチル化情報をそれぞれ引き出し、2つの鎖の情報を合わせて、各CpGサイトのメチル化レベルを得た。全ゲノムのメチル化レベルは各CpGサイトのメチル化レベルの平均値である。
検討した結果、検出された5個のグレードAAの胚盤胞のメチル化レベルは全て近似している一方、検出された7個のグレードの低い胚では、6個の胚の全ゲノムのメチル化レベルがグレードAAの胚の平均値から大きく離れ、これらの6個の胚の間の差も明らかであった。グレードの高い胚に比べて、これらのグレードの低い胚において、一部の胚は過度に脱メチル化され、他の一部の胚は脱メチル化が不十分であった(図1をご参照)。6個のグレードBBまたはBAの胚では、3個の胚のメチル化レベルがAAと近似していて、移植胚の良好な候補であるが、他の3個の胚のメチル化レベルは胚移植に適しないものであった(図2)。
さらに、生物情報学のDNAメチル化パターンの主成分分析(PCA)法によると、5個のグレードAAの胚のメチル化パターンが近似していて、同じ類別に分類できるが(図3において、丸で示される)、7個のグレードの低い胚は丸の外に分散し、それらのメチル化パターンとグレードAAの胚との差は大きかった。
異なる胚の同じ機能エレメント領域のメチル化状態の比較分析により、同じ機能領域における5個のグレードAAの胚のメチル化パターンが類似しているが、グレードの低い胚において、同じ機能領域のメチル化状態はそれぞれ異なっていることが見出された(図4)。これで分かるように、人類の胚の初期発育の過程において、全ゲノムレベルのエピゲノムの不安定が現れた。グレードAAの胚の全ゲノムのメチル化レベルが非常に一致(即ち、異なる胚が同じゲノム領域において同じ高メチル化または低メチル化の状態を呈する。)しているが、形態学的な分類の低いB*とC*の胚の全ゲノムのメチル化レベルには異なる程度のばらつきが現れた。グレードAAと比べて形態学的な分類グレードが低いほど、そのメチル化レベルの差がより大きくなる。臨床上では、グレードAAの胚の出生率が最も高く、メチル化レベルも一致しているため、グレードAAの胚のメチル化パターンが最も正確なものであり、初期胚の正常な発育を導くことができると考えられる。
実施例2 不正確なメチル化リプログラミングの、胚の初期発育を調節するシグナル経路への影響
高グレードの胚及び低グレードの胚のメチル化状態が異なる領域に対して、遺伝子機能の分析(gene ontology)を行った。
分析結果により、遺伝子プロモーターがメチル化可変領域(DMR)にある遺伝子は、主に胚の発育、例えば、細胞周期、DNA新陳代謝、DNA修飾、染色体定位、RNAエディティング、DNA修復、細胞周期などに関する多くの経路に富化することや(図5)、メチル化可変領域が遺伝子の内部にある遺伝子は、主に特定の組織の発育、例えば、神経の発育、ニューロンの分化と運命決定、脊髄の構造、mRNAのホメオスタシスなどを影響すること(図5)が見出された。
結果によれば、グレードが最も低いグレードCCの胚において、エンハンサーのメチル化には時々誤ったリプログラミングが発生する。メチル化可変領域がエンハンサーにある遺伝子は、発育と代謝に関する経路に富化する。図6は、IDH2遺伝子のエンハンサー及び附近領域の、異なる胚におけるメチル化状態を示すものである。グレードAAの胚は当該領域においていずれも低メチル化状態を示すが、グレードCCの胚は高メチル化状態を示した。エンハンサー領域の高メチル化により、IDH2遺伝子の発現量が大幅に低下した。
実施例3 移植前の胚盤胞のメチル化レベルとART術後の胎児出生率との関係
本実施例では、グレードAAの胚盤胞の平均メチル化レベルである0.3±0.02を比較基準とし、即ち、臨床移植前の胚盤胞の非侵襲的な検出の定量基準とする。当該基準は形態学的検出に基づき、正常に発育した胚盤胞をより精確にスクリーニングする新たな臨床指標である。
当該指標の精度をさらに検証するため、本発明では別途で6個のグレードB*の胚盤胞(図2)を収集した。結果によれば、グレードB*のサンプルにおける3個のサンプルのメチル化レベルが、グレードAAの胚盤胞の平均メチル化レベルの標準である0.3から顕著に離れた。図1は、5個のグレードAAのサンプルにおいても、1個のサンプルが基準から離れ、検出した7個のグレードC*の胚における6個の胚が基準から離れたため、各グレードの胚盤胞のメチル化レベルが基準に合致する割合はそれぞれ、グレードAAでは約80%、グレードB*では約50%、グレードC*では約14%であることを示した(図7)。図7の結果は、各グレードの胚盤胞におけるメチル化レベルが基準に合致するサンプルの割合と、当該グレードの臨床上の胎児の出生率とが顕著な正の相関関係であることを示した。
本実施例の結果により、ゲノムDNAメチル化プロファイルが胚の発育の過程において重要な役割を果たし、メチル化レベルが基準に合致するまたは近い胚盤胞が胚移植の最も理想的な選択であることが証明された。
実施例4 移植前のエピゲノムの検査は、マイクロマニピュレーションにより胚盤胞から複数の栄養膜細胞を分離することで実現できる
臨床において、移植前の遺伝学診断(PGD)技術は20年以上の応用歴史を有し、当該技術は生活組織検出法で胚盤胞から複数の細胞を剥離し、遺伝子の突然変異と染色体の異常などの疾患の診断に用いるものである。本実施例では、各被検胚盤胞の栄養膜細胞(TE)から複数の細胞を分離し、実施例1に記載の「One Tube」、即ち、極少量の細胞の全ゲノムのメチル化ライブラリーの構築方法により、異なる胚盤胞のTEメチル化ライブラリーをそれぞれ構築するとともに、異なる胚盤胞の残りの細胞で平行のメチル化ライブラリーに作った。そして、Hiseqシーケンスプラットホームで検出を行い、図8は、TE由来の少量の細胞のメチル化レベルが、当該胚盤胞のメチル化レベル全体と類似し、全胚盤胞のメチル化プロファイルを代表できることを示した。よって、このような非侵襲的な生活組織検出法により、より良好な移植前の胚のメチル化プロファイルを示す胚盤胞をスクリーニングすることができる。
実施例5 胚染色体の異数性の検出
現在広く使用されているPGD/PGSは、胚のDNA配列及び染色体の構造を分析することで、胚に染色体の異常が存在するかどうかを判断するものである。本発明のDNAメチル化全ゲノムシーケンシングの結果によりも、染色体の倍数を判断でき、染色体の異常に関する計算方法は、染色体のフラグメントに対するシーケンシングの深さに基づいて検出するものである。その後の胚盤胞の全ゲノムメチル化のシーケンシングデータを比較し、GCの含有量及び比較の偏好性などの要素を除いた後、一兆の塩基(1Mb)を単位としてシーケンシングの深さを計算した。隠れマルコフモデル(HMM)により、シーケンシングの深さの類似性に基づき、染色体を分割した。シーケンシングの深さが極高または極低となる領域が現れる場合、このフラグメントに染色体の倍加または欠失が存在することを意味する。表2の結果は、36個の胚における17個の胚に染色体の異常があり、胚移植に適しないことを示した。サンプルs−25を例として、その5番目の染色体の1つのフラグメントにはコピーが1つ多く、9番目の染色体の1つのフラグメントにはコピーが1つ少なかった(図9)。
従って、本発明のPEGE法は、既存のPGS法による、染色体の異数性問題の有無の検出を完成するとともに、より良好な胚の発育のエピジェネティック状態を示す胚をもスクリーニングするため、本方法は明らかに既存のPGS法より優れている。従って、将来、本PEGE法を臨床に応用することが、移植前における最も一般的で、基礎的且つ精確な、胚のスクリーニング手段になるのが有望である。本発明のPEGE法を用いると、染色体異常の問題も同時に検出できる。その結果、17個の胚の染色体に倍数の異常が発生し、これらの胚は胚移植に使用できないことが見出された。
上記では、一般的な説明および本発明を実施するための形態を用いて本発明を詳細に説明したが、当業者にとって、本発明に基づいていくつかの修正または改善を行い得るのは明らかなことである。従って、本発明の精神から逸脱しない上で行われたこれらの修正または改善は、全て本発明の保護範囲に属すものである。
本発明は発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法を提供する。胚盤胞における少量の栄養膜細胞のDNAメチル化プロファイルを検出し、ガードナー分類における形態良好な胚のメチル化レベルの平均値及びパターンを発育良好な胚盤胞のスクリーニング基準とし、検出待ちの胚盤胞の栄養膜細胞のメチル化レベルが良好な胚のメチル化レベルまたは状態に近ければ近いほど、胚の発育が良好で、より母体への移植に適する。それと同時に、メチル化シーケンシングの結果の分析により、染色体が異常であるかどうかを判断し、染色体異常胚を直接に除去することができる。本発明が提供する発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法により、臨床医師は、染色体の倍数が正常で、且つより良好なエピジェネティックプロファイルを示す胚を選択して胚移植を行うことができ、生殖補助技術の精度を大幅に向上させ、自然流産率の低下、妊娠の品質及び試験管ベビーの出生率の向上に有益であり、良好な経済価値及び応用前景を有する。

Claims (10)

  1. 検出待ちの胚盤胞の栄養膜細胞のゲノムに対してメチル化検出を行い、そのメチル化レベルが、基準となるガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚のメチル化レベルに近いまたは等しい場合、検出待ちの胚盤胞の発育が良好であり、前記ガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚がグレードAA、AB、BA、BBの胚盤胞であることを特徴とする、発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法。
  2. 更に、ガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚のメチル化パターンを基準とすることを特徴とする、請求項1に記載の非侵襲的な検出方法。
  3. 更に、メチル化シーケンシングの結果により、胚盤胞の各染色体の倍数が正常であるかどうかを判断し、標準の二倍体である場合、検出待ちの胚盤胞の染色体が正常であることを特徴とする、請求項1または2に記載の非侵襲的な検出方法。
  4. 妊娠率の向上における請求項1〜3のいずれか一項に記載の非侵襲的な検出方法の応用。
  5. 栄養膜細胞のメチル化レベルが、ガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚のメチル化レベル値および/またはメチル化パターンに近いまたは等しい胚盤胞をスクリーニングして移植し、前記ガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚がグレードAA、AB、BA、BBの胚盤胞であることを特徴とする、試験管ベビーの出生率を向上させる方法。
  6. さらに、栄養膜細胞のメチル化シーケンシングの結果に基づき、全ての染色体の数が標準二倍体である胚盤胞をスクリーニングして移植を行うことを特徴とする、請求項5に記載の方法。
  7. 胚盤胞のメチル化シーケンシングのキットであって、メチル化レベルが、基準となるガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚のメチル化レベルに近いまたは等しい場合、検出待ちの胚盤胞の発育が良好であり、前記ガードナー分類システムにより判定された形態良好な胚がグレードAA、AB、BA、BBの胚盤胞であることを特徴とする、発育良好な胚盤胞をスクリーニングするキット。
  8. 胚盤胞のメチル化シーケンシングのキットであって、検出待ちの胚盤胞のメチル化シーケンシングの結果が、すべての染色体が標準二倍体であることを示す場合、検出待ちの胚盤胞が発育良好な胚盤胞であることを特徴とする、請求項7に記載のキット。
  9. 検出対象が胚盤胞の栄養膜細胞である、請求項7または8に記載のキット。
  10. ガードナー分類における形態良好な胚がグレードAA、AB、BA、BBの胚盤胞である、前記ガードナー分類における形態良好な胚のメチル化レベル値の、発育良好な胚盤胞をスクリーニングするキットの製造における応用。
JP2019503616A 2016-04-12 2017-04-11 発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法 Active JP6932765B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610225668.5 2016-04-12
CN201610225668.5A CN105861658B (zh) 2016-04-12 2016-04-12 一种筛选优良发育囊胚的无创检测方法
PCT/CN2017/080102 WO2017177900A1 (zh) 2016-04-12 2017-04-11 一种筛选优良发育囊胚的无创检测方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2019513417A true JP2019513417A (ja) 2019-05-30
JP2019513417A5 JP2019513417A5 (ja) 2020-10-15
JP6932765B2 JP6932765B2 (ja) 2021-09-08

Family

ID=56636342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019503616A Active JP6932765B2 (ja) 2016-04-12 2017-04-11 発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20190161811A1 (ja)
EP (1) EP3444357B1 (ja)
JP (1) JP6932765B2 (ja)
KR (1) KR102222038B1 (ja)
CN (1) CN105861658B (ja)
EA (1) EA201892308A1 (ja)
ES (1) ES2858849T3 (ja)
HU (1) HUE054193T2 (ja)
PL (1) PL3444357T3 (ja)
PT (1) PT3444357T (ja)
WO (1) WO2017177900A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107419029A (zh) * 2017-09-18 2017-12-01 北京积水潭医院 一种筛选优质囊胚的试剂盒
CN109943628A (zh) * 2018-12-11 2019-06-28 北京中科遗传与生殖医学研究院有限责任公司 利用DedscRRBS分析法对活检细胞进行PGS及甲基化分析的方法
CN112582022B (zh) * 2020-07-21 2021-11-23 序康医疗科技(苏州)有限公司 用于无创胚胎移植优先级评级的系统和方法
CN112574944A (zh) * 2020-12-14 2021-03-30 广州医科大学附属第三医院(广州重症孕产妇救治中心、广州柔济医院) 基于体外诱导eps发育形成类囊胚结构的方法
CN114480629B (zh) * 2022-04-15 2023-02-07 北京大学第三医院(北京大学第三临床医学院) 一种同时实现囊胚非整倍体检测和高着床潜能筛选的方法
CN115612723B (zh) * 2022-09-26 2023-07-14 广州女娲生命科技有限公司 植入前胚胎的筛选方法
CN115910211B (zh) * 2022-12-15 2024-03-22 广州女娲生命科技有限公司 胚胎植入前dna分析检测方法及装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102985926B (zh) * 2010-07-13 2016-11-02 尤尼维公司 不孕症治疗中评估多胎分娩风险的系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN105861658A (zh) 2016-08-17
CN105861658B (zh) 2020-07-28
PT3444357T (pt) 2021-02-25
KR20180134387A (ko) 2018-12-18
ES2858849T3 (es) 2021-09-30
KR102222038B1 (ko) 2021-03-03
JP6932765B2 (ja) 2021-09-08
EP3444357A1 (en) 2019-02-20
PL3444357T3 (pl) 2021-06-14
US20190161811A1 (en) 2019-05-30
EP3444357A4 (en) 2019-09-25
WO2017177900A1 (zh) 2017-10-19
EP3444357B1 (en) 2020-12-16
EA201892308A1 (ru) 2019-03-29
HUE054193T2 (hu) 2021-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2019513417A (ja) 発育良好な胚盤胞をスクリーニングする非侵襲的な検出方法
US20220010371A1 (en) Rapid aneuploidy detection
ES2741966T3 (es) Método para detectar una variación genética
CN105830077B (zh) 用于在确定拷贝数变异中改善检测的灵敏度的方法
CN103608818B (zh) 非侵入性产前倍性识别装置
TW201317362A (zh) 一種檢測染色體拷貝數變異的方法
JP2019513417A5 (ja)
WO2021159722A1 (zh) 一种预测胎盘源性疾病的评估和预测的方法和试剂盒
CN115678964B (zh) 基于胚胎培养液的植入前胚胎的无创筛选方法
Zhang et al. Cytogenetic analysis of the products of conception after spontaneous abortion in the first trimester
CN109371121A (zh) 一种用于产前诊断染色体异常的试剂盒
Lan et al. Prenatal diagnosis of 913 fetuses samples using copy number variation sequencing
CN109920479A (zh) 一种鉴别胚胎染色体倒位携带状态的方法
CN116515991A (zh) 一种基于多组织来源的str分型分析个体嵌合发生的鉴定方法及其应用
CN117025753A (zh) 检测染色体变异的方法和装置
WO2020119626A1 (zh) 一种无创产前检测胎儿是否患有遗传疾病的方法
JP2014530629A (ja) 染色体の微細欠失及び微細重複を検出する方法
Wang et al. De novo paternal FBN1 mutation detected in embryos before implantation
CN118262787A (zh) 一种同时鉴定产前胎儿致病基因携带状态和染色体结构异常的方法及系统
Hu et al. A Fetus with Maternal Uniparental Disomy on Chromosome 20: Case Report with Genetic Analysis and Prenatal Diagnosis.
Santoro et al. Preimplantation Genetic Diagnosis Assisted Reproductive Technology
AU2012380897A1 (en) Method and system for identifying types of twins
CN107988343A (zh) 非侵入性产前倍性识别方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20181113

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181010

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426

Effective date: 20181113

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190820

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20191120

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200114

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20200114

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200602

A524 Written submission of copy of amendment under article 19 pct

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A524

Effective date: 20200902

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210202

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210601

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20210601

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20210609

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20210615

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210720

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210818

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6932765

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250