JP2020072736A - 変異の検出および染色体分節の倍数性 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2014年4月21日に提出された米国仮特許出願第61/982,245号、2014年5月1日に提出された米国仮特許出願第61/987,407号、2014年10月21日に提出された米国仮特許出願第62/066,514号、2015年4月10日に提出された米国仮特許出願第62/146,188号、2015年4月14日に提出された米国仮特許出願第62/147,377号、および2015年4月15日に提出された米国仮特許出願第62/148,173号の優先権を主張するものであり、これら出願の教示についてその全内容を参照により本明細書に組み込む。
a.該試料中の該染色体分節にある多型座位の集合のうちの各座位に存在する各アレルの量を含むアレル頻度データを受け、
b.該アレル頻度データの相を推定することによって該多型座位の集合に関する相決定済み(phased)アレル情報を作成し、
c.該アレル頻度データを用いて、異なる倍数性状態に関する該多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
d.該個別確率と該相決定済みアレル情報を用いて該多型座位の集合に関する同時確率を作成し、
e.該同時確率に基づき、染色体倍数性を示す最適合モデルを選択することにより、該染色体分節の倍数性を決定すること。
a.該個体の染色体分節にある多型座位の集合に存在するアレルに関する核酸配列データを受け、
b.該核酸配列データを用いて該多型座位の集合におけるアレル頻度を検出し、
c.検出された該アレル頻度のアレル増幅効率の偏りを修正することによって、該多型座位の集合に関する修正済みアレル頻度を作成し、
d.該核酸配列データの相を推定することによって該多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
e.該修正済みアレル頻度を該多型座位の集合に関する異なる倍数性状態とアレル不均衡率のモデルのセットと比較することにより、異なる倍数性状態に関する該多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
f.該個別確率を該染色体分節にある多型座位間の連鎖を考慮しながら組み合わせることにより、該多型座位の集合に関する同時確率を作成し、
g.該同時確率に基づき、染色体異数性を示す最適合モデルを選択すること。
a.該試料中の該染色体分節にある多型座位の集合のうちの各座位に存在する各アレルの量を含むアレル頻度データを受けるよう構成された入力プロセッサと、
b.モデラーであって、
i.該アレル頻度データの相を推定することによって該多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
ii.該アレル頻度データを用いて、異なる倍数性状態に関する該多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
iii.該個別確率と該相決定済みアレル情報を用いて該多型座位の集合に関する同時確率を作成するよう構成されたモデラーと、
c.該同時確率に基づき、染色体倍数性を示す最適合モデルを選択することにより、該染色体分節の倍数性を決定するよう構成された、仮説管理部(hypothesis manager)とを含む。
a.該個体の染色体分節にある多型座位の集合に存在するアレルに関する核酸配列データを受け、該核酸配列データを用いて該多型座位の集合におけるアレル頻度を検出するよう構成された入力プロセッサと、
b.検出された該アレル頻度のエラーを修正し、該多型座位の集合に関する修正済みアレル頻度を作成するよう構成されたエラー修正部と、
c.モデラーであって、
i.該核酸配列データの相を推定することによって該多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
ii.該相決定済みアレル情報を該多型座位の集合に関する異なる倍数性状態とアレル不均衡率のモデルのセットと比較することにより、異なる倍数性状態に関する該多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
iii.該個別確率を該染色体分節にある多型座位間の相対的距離を考慮しながら組み合わせることにより、該多型座位の集合に関する同時確率を作成するよう構成されたモデラーと、
d.該同時確率に基づき、染色体異数性を示す最適合モデルを選択するよう構成された仮説管理部とを含む。
a.該試料を分析して該個体の染色体分節にある多型座位の集合の倍数性を決定し、
b.該多型座位に存在するアレル不均衡のレベルを該倍数性決定に基づいて決定することを含み、ここで、0.4%、0.45%、または0.5%以上のアレル不均衡率は該試料に循環腫瘍核酸が存在することを示す。
a.各ゲノム位置に関して、訓練データセットを用いてそのゲノム位置にわたる増幅産物に関する効率およびサイクル当たりのエラー率の推定値を作成し、
b.該試料に含まれる各ゲノム位置に関する観測ヌクレオチド同一性情報を受け、
c.各ゲノム位置に関する増幅効率およびサイクル当たりのエラー率の該推定値を個別に用いて、各ゲノム位置に関する該観測ヌクレオチド同一性情報を異なる多様体率のモデルと比較することにより、各ゲノム位置における1つ以上の実際の変異によって生じる一塩基多様体率の確率のセットを決定し、
d.各ゲノム位置に関する該確率のセットから、最も可能性の高い実多様体率と信頼度を決定することとを含む。
a.配列決定の実行時に作成された結果に基づき、複数の正常な個体の各々から得た複数の対照試料の多様性アレル頻度の中央値を、一塩基多様性位置の集合に含まれる各一塩基多様性位置について決定することにより、閾値未満である正常試料の多様性アレル頻度の中央値を有する、選定された一塩基多様性位置を確認し、該一塩基多様性位置の各々について異常値試料を除外した後、該一塩基多様性位置の各々に関する背景エラーを決定し、
b.該試験試料に関する配列決定の実行時に作成されたデータに基づき、該試験試料について、選定された該一塩基多様性位置に関して観測リード深度による加重平均と分散を決定し、
c.コンピュータを用いて、リード深度による加重平均が背景エラーに比べて統計的に有意である1つ以上の一塩基多様性位置を確認することによって、該1つ以上の一塩基多様体を検出すること。
検査ケースの21番染色体の百分率に対するZ値=((検査ケースの21番染色体の百分率)−(基準対照の21番染色体の百分率の平均値))/(基準対照の21番染色体の百分率の標準偏差)
いくつかの態様では、最初の試料が品質管理ガイドラインを満たしてなかった、あるいは閾値未満の胎児の分画または腫瘍分画を含んでいた個体について、前記追加検査が行われる。いくつかの態様では、前記方法は、本発明の前記方法の結果、その結果の確率、その結果の信頼度、またはZ値に基づいて追加検査を行う個体を選択し、前記個体(例えば、同じまたは別の試料)に前記追加検査を行うことを含む。いくつかの態様では、(例えば、癌等の)病気または障害と診断された対象者は、本発明の方法または前記病気または障害を検査するための周知の検査方法を用いて複数の時点で反復検査を受けて、前記病気または障害の進行、沈静、または再発が監視される。
定義
相決定済みデータを用いて倍数性を決定するための方法の例
混合試料の使用
不十分な相決定済みデータを用いる方法の例
相決定済みデータを用いて倍数性を決定する実施形態の別の例
a.前記試料中の前記染色体分節にある多型座位の集合のうちの各座位に存在する各アレルの量を含むアレル頻度データを受け、
b.前記アレル頻度データの相を推定することによって前記多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
c.前記アレル頻度データを用いて、異なる倍数性状態に関する前記多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
d.前記個別確率と前記相決定済みアレル情報を用いて前記多型座位の集合に関する同時確率を作成し、
e.前記同時確率に基づき、染色体倍数性を示す最適合モデルを選択することにより、前記染色体分節の倍数性を決定すること。
a.前記個体の染色体分節にある多型座位の集合に存在するアレルに関する核酸配列データを受け、
b.前記核酸配列データを用いて前記多型座位の集合におけるアレル頻度を検出し、
c.検出された前記アレル頻度のアレル増幅効率の偏りを修正することによって、前記多型座位の集合に関する修正済みアレル頻度を作成し、
d.前記核酸配列データの相を推定することによって前記多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
e.前記修正済みアレル頻度を前記多型座位の集合に関する異なる倍数性状態とアレル不均衡率のモデルのセットと比較することにより、異なる倍数性状態に関する前記多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
f.前記個別確率を前記染色体分節にある多型座位間の連鎖を考慮しながら組み合わせることにより、前記多型座位の集合に関する同時確率を作成し、
g.前記同時確率に基づき、染色体異数性を示す最適合モデルを選択すること。
a.前記試料中の前記染色体分節にある多型座位の集合のうちの各座位に存在する各アレルの量を含むアレル頻度データを受けるよう構成された入力プロセッサと、
b.モデラーであって、
i.前記アレル頻度データの相を推定することによって前記多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
ii.前記アレル頻度データを用いて、異なる倍数性状態に関する前記多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
iii.前記個別確率と前記相決定済みアレル情報を用いて前記多型座位の集合に関する同時確率を作成するよう構成されたモデラーと、
c.前記同時確率に基づき、染色体倍数性を示す最適合モデルを選択することにより、前記染色体分節の倍数性を決定するよう構成された、仮説管理部とを含む。
a.前記個体の染色体分節にある多型座位の集合に存在するアレルに関する核酸配列データを受け、前記核酸配列データを用いて前記多型座位の集合におけるアレル頻度を検出するよう構成された入力プロセッサと、
b.検出された前記アレル頻度のエラーを修正し、前記多型座位の集合に関する修正済みアレル頻度を作成するよう構成されたエラー修正部と、
c.モデラーであって、
i.前記核酸配列データの相を推定することによって前記多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
ii.前記相決定済みアレル情報を前記多型座位の集合に関する異なる倍数性状態とアレル不均衡率のモデルのセットと比較することにより、異なる倍数性状態に関する前記多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
iii.前記個別確率を前記染色体分節にある多型座位間の相対的距離を考慮しながら組み合わせることにより、前記多型座位の集合に関する同時確率を作成するよう構成されたモデラーと、
d.前記同時確率に基づき、染色体異数性を示す最適合モデルを選択するよう構成された仮説管理部。
a.前記染色体分節にある多型座位の集合のうちの各座位で前記試料中に存在する各アレルの量を含むアレル頻度データを受け、
b.前記アレル頻度データの相を推定することによって前記多型座位の集合に関する相決定済み立遺伝子情報を作成し、
c.前記アレル頻度データを用いて、異なる倍数性状態に関する前記多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
d.前記個別確率と前記相決定済みアレル情報を用いて前記多型座位の集合に関する同時確率を作成し、
e.前記同時確率に基づき、染色体倍数性を示す最適合モデルを選択することにより、前記染色体分節の倍数性を決定する。
a.前記個体の染色体分節にある多型座位の集合に存在するアレルに関する核酸配列データを受け、
b.前記核酸配列データを用いて前記多型座位の集合におけるアレル頻度を検出し、
c.検出された前記アレル頻度のアレル増幅効率の偏りを修正することによって、前記多型座位の集合に関する修正済みアレル頻度を作成し、
d.前記核酸配列データの相を推定することによって前記多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
e.前記修正済みアレル頻度を前記多型座位の集合に関する異なる倍数性状態とアレル不均衡率のモデルのセットと比較することにより、異なる倍数性状態に関する前記多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
f.前記個別確率を前記染色体分節にある多型座位間の連鎖を考慮しながら組み合わせることにより、前記多型座位の集合に関する同時確率を作成し、
g.前記同時確率に基づき、染色体異数性を示す最適合モデルを選択する。
癌を検出する実施形態の例
c.前記試料を分析して前記個体の染色体分節にある多型座位の集合の倍数性を決定し、
d.前記倍数性の決定に基づいて前記多型座位に存在する平均アレル不均衡率を決定し、0.4%、0.45%、0.5%、0.6%、0.7%、0.75%、0.8%、0.9%、または1%以上の平均アレル不均衡率は、前記試料中の循環腫瘍核酸(例えば、ctDNA等)の存在を示す。
a.前記試料に由来するデータを分析して、前記個体中の染色体分節にある多型座位の集合の倍数性を決定する入力プロセッサと、
b.前記倍数性の決定に基づいて前記多型座位に存在するアレル不均衡率を決定するモデラーであって、0.5%以上のアレル不均衡率は循環の存在を示す。
一塩基多様体を検出する実施形態の例
a.各ゲノム位置に関して、訓練データセットを用いてそのゲノム位置にわたる増幅産物に関する効率およびサイクル当たりのエラー率の推定値を作成し、
b.前記試料に含まれる各ゲノム位置に関する観測ヌクレオチド同一性情報を受け、
c.各ゲノム位置に関する増幅効率およびサイクル当たりのエラー率の前記推定値を個別に用いて、各ゲノム位置に関する前記観測ヌクレオチド同一性情報を異なる変異率のモデルと比較することにより、各ゲノム位置における1つ以上の実際の変異によって生じる一塩基多様体率の確率のセットを決定し、
d.各ゲノム位置に関する前記確率のセットから、最も可能性の高い実変異率と信頼度を決定することとを含む。
a.ゲノム位置の集合において、訓練データセットを用いてそれらのゲノム位置にわたる1個以上の増幅産物に関する効率およびサイクル当たりのエラー率の推定値を作成し、
b.前記試料に含まれる各ゲノム位置に関する観測ヌクレオチド同一性情報を受け、
c.前記増幅産物の増幅効率とサイクル当たりのエラー率の前記推定値を用いて、ある初期の実変異分子率を有する調査領域の全分子数と、背景エラー分子と、実変異分子とに関する平均と分散の推定値を作成し、
d.平均および分散の前記推定値を用いた分布を前記試料の観測ヌクレオチド同一性情報に適合させることによって最も可能性の高い実際の一塩基多様体率を決定することにより、実際の変異によって生じる前記試料の一塩基多様体率を決定すること。
d.配列決定の実行時に作成された結果に基づき、複数の正常な個体の各々から得た複数の対照試料の多様性アレル頻度の中央値を、一塩基多様性位置の集合に含まれる各一塩基多様性位置について決定することにより、閾値未満である正常試料の多様性アレル頻度の中央値を有する、選定された一塩基多様性位置を確認し、前記一塩基多様性位置の各々について異常値試料を除外した後、前記一塩基多様性位置の各々に関する背景エラーを決定し、
e.該試験試料に関する配列決定の実行時に作成されたデータに基づき、該試験試料について、選定された該一塩基多様性位置に関して観測リード深度による加重平均と分散を決定し、
f.コンピュータを用いて、リード深度による加重平均が背景エラーに比べて統計的に有意である1つ以上の一塩基多様性位置を確認することによって、前記1つ以上の一塩基多様体を検出すること。
以下に、遺伝的に同一ではない2個以上の細胞に由来するDNAまたはRNAを含む混合試料であると分かっているか、疑わしい試料に由来する相決定済みデータの分析について、検定統計量の例が記載される。目的DNAまたはRNAの分画(例えば、目的のCNVを有するDNAまたはRNA分画、あるいは癌細胞等の目的の細胞に由来するDNAまたはRNAの分画)をfとする。いくつかの態様では、出生前検査の場合、fは、胎児と母親のDNA、RNA、または細胞の混合物中の胎児のDNA、RNA、または細胞の分画を指す。DNAの2つのコピーが目的細胞のそれぞれによって生じたと仮定すると、fは目的細胞に由来するDNAの分画を指す。fは、欠失または重複した分節に存在する目的細胞に由来するDNA分画とは異なる。
Ni=Ai+Bi
アレル比率Riは以下のように定義される。
この方法は、順序づけられたアレルを介して相決定の知識を利用して、対象分節の欠失または重複を検出する。各SNPiについて、以下の通り定義する。
対象分節は欠失も重複もしていないというこの仮説では、
第一の相同体が欠失している(すなわち、ABのSNPがBになり、BAのSNPがAになっている)という仮説では、Riは、ABのSNPについてパラメータ{1−(1/(2−f))}およびT、BAのSNPについて(1/(2−f))およびTを有する二項分布を有する。したがって、
第一の相同体が重複している(すなわち、ABのSNPがAABとなり、BAのSNPがBBAとなっている)という仮説では、Riは、ABのSNPについてパラメータ(1+f)/(2+f)およびT、BAのSNPについて{1−((1+f)/(2+f))}およびTを有する二項分布を有する。したがって、
上の項で示したように、Xiは、以下の二項ランダム変数である。
前記二染色体性仮説のSの分布はfに依存しない。よって、測定されたデータの確率は、fを算出せずに二染色体性仮説について算出することができる。二染色体性の帰無仮説に単一仮説棄却試験を用いることができる。いくつかの態様では、二染色体性仮説でのSの確率が算出されて、その確率が所定の閾値未満(例えば、1,000分の1未満)であると、この二染色体性仮説は棄却される。これは、前記染色体分節の重複または欠失が存在することを示す。必要に応じて、閾値を調整して偽陽性率を変更することができる。
以下に、遺伝的に同一ではない2個以上の細胞に由来するDNAまたはRNAを含む混合試料であるとわかっているか疑わしい試料に由来するデータを分析する例示的方法が記載される。いくつかの態様では、相決定済みデータが用いられる。いくつかの態様では、前記方法は、算出済みアレル比率ごとに、前記算出済みアレル比率が前記期待アレル比率より大きいか小さいかを決定し、かつ特定の座位でのその差異の大きさを決定することを含む。いくつかの態様では、尤度分布は、特定の仮説に関してある座位に存在するアレル比率について決定され、算出済みアレル比率が尤度分布の中央に近いほど、その仮説が正しい可能性はより高くなる。いくつかの態様では、前記方法は、各座位で仮説が正しい尤度を決定することを含む。いくつかの態様では、前記方法は、各座位で仮説が正しい尤度を決定し、各座位の仮説の確率とその仮説を組み合わせることを含み、最も高い複合確率が選択される。いくつかの態様では、前記方法は、座位ごとに、および1個以上の目的細胞に由来するDNAまたはRNAの前記試料中の総DNAまたはRNAに対する可能な比率ごとに、仮説が正しい尤度を決定することを含む。いくつかの態様では、各仮説の複合確率は、各座位の仮説の確率と各可能な比率を組み合わせて決定され、最も高い複合確率を有する仮説が選択される。
式(1)
以下の式により、アレル比率rを仮定して、nAおよびnBを観察する確率が求められる。
式(2):
いくつかの態様では、(例えば、平均値より少なくとも2または3標準偏差大きい、または小さいアレル比率を有するSNPを無視あるいは除外することで)異常値と思われるアレル比率を有するSNPは無視される。この方法の利点は、モザイクが存在する百分率が高い場合に前記アレル比率の可変性が高くてもよいので、モザイクによるこのSNPの削除が確実に起こらないようにする。
いくつかの態様では、二項分布の代わりにベータ二項分布が用いられる。いくつかの態様では、基準染色体または染色体分節を用いて試料のベータ二項分布の特定のパラメータが決定される。
必要に応じて、所定のリード深度(DOR)で基準リード数をSNPに無作為に割り当てて、アルゴリズムの理論的性能を評価してもよい。正常な場合、二項確率パラメータにp=0.5が用いられ、欠失または重複についてpはそれに応じて改訂される。各シミュレーションの入力パラメータの例としては、(1)SNP(S)の数、(2)SNPごとの定数DOR(D)、(3)p、および(4)実験数である。
この実験ではS∈{500,1000}、D∈{500,1000}、およびp∈{0%,1%,2%,3%,4%,5%}に注目した。各設定で1,000回のシミュレーション実験を行った(相を用いた24,000回の実験と、相を用いない24,000回の実験)。二項分布(必要に応じて他の分布を用いることができる)からリード数のシミュレーションを行った。偽陽性率(この場合はp=0%)と偽陰性率(この場合はp>0%)は、相情報を用いて、および相情報を用いずに決定された。偽陽性率が図26に示されている。特にS=1000、D=1000の場合に相情報は非常に有益である。S=500、D=500でも、前記アルゴリズムは、試験条件から相のある最も高い偽陽性率、または相のない最も高い偽陽性率を有する。偽陰性率は図27に示されている。
この実験では、S∈{100,200,300,400,500}、D∈{1000,2000,3000,4000,5000}、およびp∈{0%,1%,1.5%,2%,2.5%,3%}注目して、各設定で10,000回のランダム実験を行った。偽陽性率(この場合はp=0%)と偽陰性率(この場合はp>0%)は、相情報を用いて、および相情報を用いずに決定された。偽陰性率は、ハプロタイプ情報を用いてD≧3000およびN≧200の場合は10%未満であるが、D=5000およびN≧400の場合に同じ性能が得られる(図20Aおよび20B)。偽陰性率間の差は、モザイクの百分率が小さい場合に特に顕著であった(図21A〜25B)。例えば、p=1%では、ハプロタイプデータを用いなければ20%未満の偽陰性率は得られないが、N≧300およびD≧3000では偽陰性率は0%に近づく。p=3%では、ハプロタイプデータを用いて0%の偽陰性率が観察されるが、ハプロタイプデータを用いなければ同じ性能を得るのにN≧300およびD≧3000が必要である。
いくつかの態様では、相未決定の遺伝子データを用いて、個体のゲノム(例えば、1個以上の細胞、あるいは無細胞DNAまたは無細胞RNAのゲノム)中の第二の相同染色体分節と比較して第一の相同染色体分節のコピー数の過剰出現があるかどうかが決定される。いくつかの態様では、相決定済み遺伝子データが用いられるが、相決定は無視される。いくつかの態様では、前記DNAまたはRNA試料は、2個以上の遺伝的に異なる細胞を含む個体に由来する無細胞DNAまたは無細胞RNAを含む無細胞DNAまたは無細胞RNAの混合試料である。いくつかの態様では、前記方法は、前記座位のそれぞれについて算出済みアレル比率と期待アレル比率の差異の大きさを用いる。
μiはδiの平均値であり、
σi 2はδiの標準偏差である。
この項は、第二の相同染色体分節と比較して第一の相同染色体分節のコピー数過剰出現があるかどうかを決定する方法を含む。いくつかの態様では、前記方法は、(i)前記個体の1個以上の細胞(例えば、癌細胞)のゲノムに存在する染色体または染色体分節のコピー数を指定する複数の仮説、または(ii)前記個体の1個以上の細胞のゲノム中の第二の相同染色体分節と比較して第一の相同染色体分節のコピー数の過剰出現度を規定する複数の仮説を列挙することを含む。いくつかの態様では、前記方法は、前記染色体または染色体分節にある複数の多型座位(例えば、SNP座位)について前記個体に由来する遺伝子データを得ることを含む。いくつかの態様では、前記仮説のそれぞれについて、前記個体の期待される遺伝型の確率分布が作成される。いくつかの態様では、前記個体の得られた遺伝子データと前記個体の期待される遺伝型の確率分布のデータ適合が算出される。いくつかの態様では、前記データ適合に応じて1つ以上の仮説がランク付けされて、最高ランクの仮説が選択される。いくつかの態様では、前記データ適合を算出する工程、前記仮説をランク付けする工程、最高ランクの仮説を選択する工程の1つ以上において技術またはアルゴリズム(例えば、検索アルゴリズム等)が用いられる。いくつかの態様では、前記データ適合が、ベータ二項分布に対する適合または二項分布への適合である。いくつかの態様では、前記技術またはアルゴリズムが、最尤推定、最大事後確率推定、ベイズ推定、動的推定(例えば、動的ベイズ推定等)、および期待値最大化推定からなる群から選択される。いくつかの態様では、前記方法は、前記技術またはアルゴリズムを前記得られた遺伝子データおよび前記期待遺伝子データに適用することを含む。
いくつかの態様では、本発明の方法のいずれかを用いて双胎妊娠等の多胎妊娠の存在が検出されるが、胎児のうちの少なくとも一方は、少なくとももう一方の胎児と遺伝的に異なっている。いくつかの態様では、検査した座位のいくつか(またはすべて)で異なるアレル、異なるアレル比率、または異なるアレル分布を有する2体の胎児の存在に基づいて二卵性双生児が同定される。いくつかの態様では、試料(例えば、血漿試料)中に同じまたは異なる胎児の分画を有する可能性がある2体の胎児について各座位(例えば、SNP座位)の期待アレル比率を決定することで二卵性双生児が同定される。いくつかの態様では、母親の遺伝型と遺伝型集団頻度を条件として、特定の対の胎児の起こりうる遺伝型のいくつか、あるいはすべてを考慮して特定の対の胎児の分画(ここでf1は胎児1の胎児の分画であり、f2は胎児2の胎児の分画)の尤度が算出される。2体の胎児の遺伝型と一人の母親の遺伝型の混合物を胎児の分画と組み合わせて、あるSNPの期待アレル比率が決定される。例えば、母親がAAで、胎児1がAAで、胎児2がABである場合、このSNPのアレルBの総分画は、f2の半分である。尤度の算出では、胎児の遺伝型の起こりうる組み合わせのすべてに基づいてすべてのSNPが期待アレル比率とどの程度適合するかが算出される。データに最も適合する1対の胎児の分画(f1、f2)が選択される。胎児の特定の遺伝型を算出することは必要ではない。その代わり、例えば、統計的組み合わせで起こりうる遺伝型のすべてを考慮することができる。いくつかの態様では、前記方法が単生児と同一性双生児を区別しない場合、超音波を用いて単生児か同一性双胎妊娠であるかを決定することができる。超音波により双胎妊娠が検出されると、同一性双胎妊娠であると仮定することができる。というのは、兄弟性双胎妊娠であれば上述のSNP分析に基づいて検出されるはずであるからである。
いくつかの態様では、1つ以上の計測方法(定量方法ともいう)を用いて1つ以上のCNS(例えば、染色体分節または染色体全体の欠失または重複等)が検出される。いくつかの態様では、1つ以上の計測方法を用いて、前記第一の相同染色体分節のコピー数過剰出現が前記第一の相同染色体分節の重複または前記第二の相同染色体分節の欠失によるものであるかどうかが決定される。いくつかの態様では、1つ以上の計測方法を用いて、(例えば、1個、2個、3個、4個、あるいはそれ以上の余剰コピーがあるかどうか等)重複している染色体分節または染色体の余剰コピー数が決定される。いくつかの態様では、1つ以上の計測方法を用いて、多くの重複と小さい方の腫瘍分画を有する試料と、少ない方の重複と大きい方の腫瘍分画を有する試料が区別される。例えば、1つ以上の計測方法を用いて、染色体の4つの余剰コピーと10%の腫瘍分画を有する試料と、染色体の2つの余剰コピーと20%の腫瘍分画を有する試料が区別されてもよい。例示的な方法は、例えば米国公開第2007/0184467号、第2013/0172211号、および第2012/0003637号、米国特許第8,467,976号、第7,888,017号、第8,008,018号、第8,296,076号、および第8,195,415号、2014年6月5日に提出された米国シリアル第62/008,235号、および2014年8月4日に提出された米国シリアル第62/032,785号に開示されており、それぞれ参照によりその全内容が本明細書に組み込まれる。
1つ以上の基準試料を用いる定量方法の例が、2014年6月5日に提出された米国シリアル第62/008,235号、および2014年8月4日に提出された米国シリアル第62/032,785号に記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。いくつかの態様では、腫瘍DNAの最も高い分画を有する試料を選択する、ゼロ最も近いZ値を有する試料を選択する、最も高い信頼度または尤度を有するCNVがないに対応する仮説とデータが適合する試料を選択する、正常であることが既知の試料を選択する、癌を有する尤度が最も低い個体(例えば、低年齢、乳癌のスクリーニングにおける男性、家族歴がない等の個体)に由来する試料を選択する、DNAの入力量が最も高い試料を選択する、ノイズ比率に対して最も高い信号を有する試料を選択する、癌を有する尤度と相関関係があると思われる他の基準に基づいて試料を選択する、あるいはいくつかの基準の組み合わせを用いて試料を選択することのいずれかにより、1つ以上の染色体または目的の染色体(例えば、正常試料等)にCNVを有していない可能性が最も高い1つ以上の基準試料が同定される。基準集合が一旦選択されると、これらの場合が二染色体であると仮定して、各座位について、SNPあたりの偏り、すなわち、実験に特異的な増幅および他の処理による偏りを推定することができる。次いで、この実験に特異的な偏り推定値を用いて、目的の染色体(例えば、21番染色体の座位等)や、必要に応じて他の染色体座位、二染色体性が21番染色体と仮定される下位集合の一部ではない試料の測定での偏り修正することができる。一旦、倍数性が未知であるこれら試料で偏りが修正されると、同じまたは異なる方法を用いてこれら試料のデータに対して2回目の分析が行われて、前記個体(例えば、胎児)が三染色体性21を患っているかどうかを決定することができる。例えば、倍数性が未知の残りの試料に定量方法を用いることができ、21番染色体に関する修正された測定遺伝子データを用いてZ値を算出することができる。また、21番染色体の倍数性状態の予備推定値の一部として、胎児の分画(または癌を有すると疑われる個体に由来する試料の腫瘍分画)を算出することができる。この胎児の分画の場合に対して、二染色体性(二染色体性仮説)の場合に期待される修正済みリードの割合と、三染色体性(三染色体性仮説)の場合に期待される修正済みリードの割合を算出することができる。また、胎児の分画が前もって測定されなかった場合、それぞれの胎児の分画について二染色体性仮説と三染色体性仮説の集合を作成することができる。各場合に、種々のDNA座位の選択と測定における期待統計分散を仮定して、修正済みリードの割合の期待分布を算出することができる。修正済みリードの観察割合と、修正済みリードの期待割合の分布と比較して、倍数性が未知の試料のそれぞれについて二染色体性仮説と三染色体性仮説の尤度比率を算出することができる。修正済み倍数性状態として最も高い算出済み尤度を有する仮説に関連づけられた倍数性状態を選択することができる。
一部の態様では、本明細書に記載の方法のいずれかを、基準となる1つ以上の染色体または染色体分節に対しても実行し、その結果を対象である1つ以上の染色体または染色体分節の結果と比較する。
表現型の検出または複数の変異の分析のための方法の例
本発明の方法は、実父確定検査またはその他の遺伝的関連性検査の精度を改善するために利用可能である(たとえば、2011年12月22日出願の米国特許出願公開第2012/0122701号明細書を参照;この文献の全内容は参照によって本明細書に組み込まれる)。たとえば多重PCR法によって、本明細書に記載の、擬父が胎児の実父であるかを判定するPARENTAL SUPPORTアルゴリズムに使用するために数千の多型座位(SNPなど)を分析することが可能である。一部の態様では、本発明は、擬父が、妊娠中の母親が懐胎している胎児の実父であるかを確証する方法を特徴とする。一部の態様では、前記方法は、擬父に関する相決定済み遺伝データを得ることを含む(たとえば、本明細書に記載の別の方法を用いて遺伝データを相決定することによって)。ここで、相決定済み遺伝データは、擬父の第一の相同染色体分節と第二の相同染色体分節にある多型座位の集合の各座位に存在するアレルの同一性を含む。一部の態様では、前記方法は、胎児の母親から採取した、胎児のDNAと母親のDNAを含有するDNAの混合試料に含まれる染色体または染色体分節にある多型座位の集合の遺伝データを、各座位での各アレルの量を測定することによって得ることを含む。一部の態様では、前記方法は、擬父に関する相決定済み遺伝データから、DNAの混合試料の期待遺伝データをコンピュータで算出することと;DNAの混合試料に関して得られた遺伝データをDNAの混合試料の期待遺伝データと比較することによって、擬父が胎児の実父である確率をコンピュータで決定することと;決定された、擬父が胎児の実父である確率を用いて、擬父が胎児の実父であるか否かを確証することとを含む。一部の態様では、前記方法は、胎児の実母の相決定済み遺伝データを得ることを含む(たとえば本明細書に記載の別の方法を用いて遺伝データを相決定することによって)。ここで、相決定済み遺伝データは、母親の第一の相同染色体分節と第二の相同染色体分節にある多型座位の集合の各座位に存在するアレルの同一性を含む。一部の態様では、前記方法は、胎児に関する相決定済み遺伝データを得ることを含む(たとえば本明細書に記載の別の方法を用いて遺伝データを相決定することによって)。ここで、相決定済み遺伝データは、胎児の第一の相同染色体分節と第二の相同染色体分節にある多型座位の集合の各座位に存在するアレルの同一性を含む。一部の態様では、前記方法は、擬父に関する相決定済み遺伝データを用い、かつ母親に関する相決定済み遺伝データおよび/または胎児に関する相決定済み遺伝データを用いて、DNAの混合試料の期待される遺伝データをコンピュータで算出することを含む。
結果の精度を上げるため、CNVの有無を検出するための2つ以上の方法(本発明の方法のうちの任意の方法または任意の既知の方法など)を実行する。一部の態様では、疾患または障害あるいは疾患または障害のリスク増加の有無を示す因子を分析するための1つ以上の方法(本明細書に記載の方法のうちの任意の方法または任意の既知の方法など)を実行する。
Rcomb=R1R2/[R1R2+(1−R1)(1−R2)]
Rcombは結合尤度であり、R1およびR2は個別尤度である。たとえば、方法1による三染色体性の尤度が90%であり、方法2による三染色体性の尤度が95%である場合、この2つの方法の結果を組み合わせることにより、臨床医は、胎児が(0.90)(0.95)/[(0.90)(0.95)+(1−0.90)(1−0.95)]=99.42%の尤度で三染色体性であると結論付けることができる。第一の方法と第二の方法が直交でない場合、すなわち2つの方法間に相関がある場合も尤度を結合することができる。
検出限界
本発明のいずれかの側面の態様では、試料は欠失または重複を有すると考えられる細胞(癌細胞だと考えられる細胞など)に由来する細胞内および/または細胞外の遺伝物質を含む。一部の態様では、試料は、欠失または重複を有する細胞、DNA、またはRNA(癌の細胞、DNA、またはRNAなど)を含むと考えられる任意の組織または体液を含む。DNAまたはRNAを含む任意の試料について、これらの方法の一部として用いる遺伝学的測定を行うことができる。試料の例としては、たとえば、組織、血液、血清、血漿、尿、毛髪、涙、唾液、皮膚、指の爪、糞便、胆汁、リンパ液、頸管粘液、精液、あるいは、核酸を含むその他の細胞または物質が挙げられるが、これらに限定されるものではない。試料は任意の細胞型を含んでもよく、任意の細胞型に由来するDNAまたはRNAを用いてもよい(癌を有すると考えられる任意の器官または組織の細胞、あるいはニューロンなど)。一部の態様では、試料は核内DNAおよび/またはミトコンドリアDNAを含む。一部の態様では、試料は本明細書に開示された任意の対象個体から得られる。一部の態様では、対象個体は生後の個体、懐胎中の胎児、受胎産物試料などの懐胎中でない胎児、胎芽、またはその他の任意の個体である。
一部の態様では、前記方法は、DNAおよび/またはRNAの単離または精製を含む。この目的は当技術分野で公知の複数の標準的な方法によって達成される。一部の態様では、試料を遠心分離して様々な層を分離してもよい。一部の態様では、DNAまたはRNAを濾過によって単離してもよい。一部の態様では、DNAまたはRNAの調製は、増幅、分離、クロマトグラフィーによる精製、液液分離、単離、選択的濃縮、選択的増幅、標的化増幅、あるいは当技術分野で公知ないしは本明細書に記載の複数のその他の技術のいずれかを含んでもよい。DNAの単離に関する一部の態様では、RNA分解酵素を用いてRNAを分解する。RNAの単離に関する一部の態様では、DNA分解酵素(Invitrogen(Carlsbad, CA, USA)のDNAse Iなど)を用いてDNAを分解する。一部の態様では、RNeasy Mini Kit(Qiagen)を用いて、製造者のプロトコルに従いRNAを単離する。一部の態様では、低分子RNAをmirVana(商標)PARIS(商標) Kit(Ambion(Austin, TX, USA))を用いて、製造者のプロトコルに従い単離する(Gu et al., J. Neurochem. 122:641-649, 2012;この文献の全内容は参照によって本明細書に組み込まれる))。必要に応じてRNAの濃度および純度をNanoVue(商標)(GE Healthcare(Piscataway, NJ, USA)で決定してもよく、必要に応じてRNAの完全性を2100 Bioanalyzer(Agilent Technologies(Santa Clara, CA, USA))で測定してもよい(Gu et al., J. Neurochem. 122:641-649, 2012;この文献の全内容は参照によって本明細書に組み込まれる)。一部の態様では、TRIzol(商標)またはRNAlater(登録商標)(Ambion)を用いて保存中のRNAを安定化する。
必要に応じ、無細胞DNAまたは無細胞RNAの量または濃度を標準の方法で測定することができる。一部の態様では、無細胞ミトコンドリアDNAの量または濃度を決定する。一部の態様では、核内DNAに由来する無細胞DNA(無細胞核内DNA)の量または濃度を決定する。一部の態様では、無細胞ミトコンドリアDNAと無細胞nDNAの量または濃度を同時に決定する。
以下の方法例のいずれかを用いて、無細胞RNA、細胞内RNA、細胞質RNA、コーディング細胞質RNA、非コーディング細胞質RNA、mRNA、miRNA、ミトコンドリアRNA、rRNA、またはtRNAなどのRNAを増幅し、必要に応じて定量してもよい。一部の態様では、miRNAはワールドワイドウェブのmirbase.orgで利用できるmiRBaseデータベース(その全内容は参照によって本明細書に組み込まれる)に掲載されている任意のmiRNA分子である。miRNA分子の例としては、miR−509、miR−21、miR−146aが挙げられる。
同一反応容量(たとえば、すべての標的座位を同時に増幅する試料多重PCR反応の一部)内での近接または隣接する標的座位の増幅による干渉を最小限にするか防止する改良型PCR増幅法も開発されている。これらの方法を用いて近接または隣接する標的座位を同時に増幅することができ、干渉を避けるために近接する標的座位を個別に増幅できるように別の反応容量に分離する必要がある場合に比べて時間とコストを低減できる。
プライマー設計方法の例
一側面では、本発明はプライマー(本発明の任意の方法によって候補プライマーのライブラリから選択されるプライマーなど)のライブラリを特徴とする。一部の態様では、ライブラリは、少なくとも100個、200個、500個、750個、1,000個、2,000個、5,000個、7,500個、10,000個、20,000個、25,000個、30,000個、40,000個、50,000個、75,000個、または100,000個の異なる標的座位と1つの反応容量で同時にハイブリダイズする(または同時にハイブリダイズ可能である)、あるいはこれらを同時に増幅する(または同時に増幅できる)プライマーを含む。様々な態様では、ライブラリは100個〜500個、500個〜1,000個、1,000個〜2,000個、2,000個〜5,000個、5,000個〜7,500個、7,500個〜10,000個、10,000個〜20,000個、20,000個〜25,000個、25,000個〜30,000個、30,000個〜40,000個、40,000個〜50,000個、50,000個〜75,000個、または75,000個〜100,000個(それぞれ、範囲の上限と下限を含む)の異なる標的座位を1つの反応容量で同時に増幅する(または同時に増幅できる)プライマーを含む。様々な態様では、ライブラリは、1,000個〜100,000個(たとえば、1,000個〜50,000個、1,000個〜30,000個、1,000個〜20,000個、1,000個〜10,000個、2,000個〜30,000個、2,000個〜20,000個、2,000個〜10,000個、5,000個〜30,000個、5,000個〜20,000個、または5,000個〜10,000個(それぞれ、範囲の上限と下限を含む))の異なる標的座位を1つの反応容量で同時に増幅する(または同時に増幅できる)プライマーを含む。一部の態様では、ライブラリは、増幅産物のうちプライマー二量体が60%未満、40%未満、30%未満、20%未満、10%未満、5%未満、4%未満、3%未満、2%未満、1%未満、0.5%未満、0.25%未満、0.1%未満、または0.5%になるように標的座位を1つの反応容量で同時に増幅する(または同時に増幅できる)プライマーを含む。様々な態様では、プライマー二量体である増幅産物の量は0.5%〜60%であり、たとえば、0.1%〜40%、0.1%〜20%、0.25%〜20%、0.25%〜10%、0.5%〜20%、0.5%〜10%、1%〜20%、または1%〜10%(それぞれ、範囲の上限と下限を含む)である。一部の態様では、プライマーは、増幅産物のうち少なくとも50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、または99.5%が標的増幅産物となるように標的座位を1つの反応容量で同時に増幅する(または同時に増幅できる)。様々な態様では、標的増幅産物である増幅産物の量は50%〜99.5%であり、たとえば60%〜99%、70%〜98%、80%〜98%、90%〜99.5%、または95%〜99.5%(それぞれ、範囲の上限と下限を含む)である。一部の態様では、プライマーは、標的座位のうち少なくとも50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、または99.5%が増幅される(たとえば、増幅前の量に比べて少なくとも5倍、10倍、20倍、30倍、50倍、または100倍に増幅される)ように標的座位を1つの反応容量で同時に増幅する(または同時に増幅できる)。様々な態様では、増幅される(たとえば、増幅前の量に比べて少なくとも5倍、10倍、20倍、30倍、50倍、または100倍に増幅される)標的座位の量は50%〜99.5%であり、たとえば60%〜99%、70%〜98%、80%〜99%、90%〜99.5%、95%〜99.9%、または98%〜99.99%(それぞれ、範囲の上限と下限を含む)である。一部の態様では、プライマーライブラリは、少なくとも100個、200個、500個、750個、1,000個、2,000個、5,000個、7,500個、10,000個、20,000個、25,000個、30,000個、40,000個、50,000個、75,000個、または100,000個のプライマー対を含み、ここで、各プライマー対は、順方向試験プライマーと逆方向試験プライマーを含み、各試験プライマー対が標的座位にハイブリダイズする。一部の態様では、プライマーライブラリは、少なくとも100個、200個、500個、750個、1,000個、2,000個、5,000個、7,500個、10,000個、20,000個、25,000個、30,000個、40,000個、50,000個、75,000個、または100,000の個別のプライマーを含み、プライマーはそれぞれ異なる標的座位にハイブリダイズする。ここで、個別のプライマーはプライマー対の一部ではない。
一部の態様では、プライマーライブラリに含まれるプライマーを、1つ以上の既知の組換えホットスポットで組換え(ヒトの相同染色体間の交叉など)が起こっているかどうかを決定するよう設計する。染色体間でどのような交叉が起こったかを知ることで、個体に関するより正確な相決定済み遺伝データを決定できる。組換えホットスポットは、組換え事象が集中しやすい染色体局所領域である。組換えホットスポットは、平均よりも組換え頻度が低い領域である「コールドスポット」に隣接している場合が多い。組換えホットスポットは類似の形態を共有する傾向があり、約1kb〜2kbの長さである。ホットスポットの分布は、GC含量および反復要素の分布と正の相関を有する。一部のホットスポット活性には、部分的に縮重した13マーのモチーフであるCCNCCNTNNCCNCが関与する。PRDM9と呼ばれる亜鉛フィンガータンパク質がこのモチーフに結合し、その位置で組換えを開始することがわかっている。複数の組換えホットスポットの中心間の距離の平均は約80kbであると報告されている。一部の態様では、複数の組換えホットスポットの中心間の距離は約3kb〜約100kbの範囲である。公知のデータベースにはヒトの既知の組換えホットスポットが多数含まれている(HUMHOTデータベース、International HapMap Projectデータベースなど(たとえば、以下を参照:Nishant et al., “HUMHOT: a database of human meiotic recombination hot spots,” Nucleic Acids Research, 34: D25-D28, 2006, Database issue;Mackiewicz et al., “Distribution of Recombination Hotspots in the Human Genome - A Comparison of Computer Simulations with Real Data” PLoS ONE 8(6): e65272, doi:10.1371/journal.pone.0065272;およびワールドワイドウェブのhapmap.ncbi.nlm.nih.gov/downloads/index.html.en(それぞれの全内容は参照によって本明細書に組み込まれる))。
一側面では、本発明はキット(たとえば、本明細書に記載の任意の方法によって染色体分節または染色体全体の欠失および/または重複を検出するために核酸試料中の標的座位を増幅するためのキット)を特徴とする。一部の態様では、キットは本発明の任意のプライマーライブラリを含むことができる。一態様では、キットは複数の内側順方向プライマー、必要に応じて複数の内側逆方向プライマー、必要に応じて外側順方向プライマーおよび外側逆方向プライマーを含む。ここで、プライマーの各々は、標的である染色体または染色体分節(必要に応じて、追加の染色体または染色体分節)の標的部位(たとえば多型部位)の1つに接する上流および/または下流のDNA領域にハイブリダイズするよう設計される。一部の態様では、キットは、たとえば本明細書に記載の任意の方法によって1つ以上の染色体分節または染色体全体の1つ以上の欠失および/または重複を検出するためにプライマーライブラリを用いて標的座位を増幅するための説明書を含む。
一部の態様では、異なる座位、染色体分節、または染色体に関する測定値を、偏り(GC含量の違いによる偏り、または増幅効率におけるその他の違いによる偏りなど)や配列決定エラーに応じて調整する。一部の態様では、同じ座位の異なるアレルに関する測定値を、アレル間で見られる代謝、アポトーシス、ヒストン、不活化、および/または増幅の違いに応じて調整する。一部の態様では、RNA内の同じ座位の異なるアレルに関する測定値を、異なるRNAアレル間で見られる転写速度または安定性の違いに応じて調整する。
一部の態様では、遺伝データを相決定するための本明細書に記載の方法または任意の既知の方法で遺伝データを相決定する(たとえば、2009年2月9日出願の国際公開第2009/105531号パンフレット、および2009年8月4日出願の国際公開第2010/017214号パンフレット;2012年11月21日出願の米国特許出願公開第2013/0123120号明細書;2010年10月7日出願の米国特許出願公開第2011/0033862号明細書;2010年8月19日出願の米国特許出願公開第2011/0033862号明細書;2011年2月3日出願の米国特許出願公開第2011/0178719号明細書;2008年3月17日出願の米国特許第8,515,679号明細書;2006年11月22日出願の米国特許出願公開第2007/0184467号明細書;2008年3月17日出願の米国特許出願公開第2008/0243398号明細書;および2014年5月16日出願の米国特許出願第61/994,791号明細書を参照;これらの文献それぞれの全内容は参照によって本明細書に組み込まれる)。一部の態様では、対象CNVを含むとわかっているか、考えられる1つ以上の領域について相を決定する。一部の態様では、CNV領域に隣接する1つ以上の領域および/または1つ以上の基準領域についても相を決定する。一態様では、個体(たとえば、本発明の方法による試験の対象である個体、あるいは懐胎中の胎児または胎芽の親などの血縁者)の遺伝データを、その個体から採取した半数体組織を測定することにより(たとえば1個以上の精子または卵子を測定することにより)、推測によって相を決定する。一態様では、1人以上の第一度近親者(個体の両親(たとえば個体の父親の精子を用いる)または兄弟姉妹など)の測定遺伝型データを用いた推測によって個体の遺伝データを相決定する。
SNP2:Aアレルが530リード;Bアレルが470リード(Aが53%)
SNP3:Aアレルが40リード;Bアレルが60リード(Aが40%)
SNP4:Aアレルが46リード;Bアレルが54リード(Aが46%)
SNP5:Aアレルが520リード;Bアレルが480リード(Aが52%)
SNP6:Aアレルが200リード;Bアレルが200リード(Aが50%)
一側面では、本発明は胎児の1つ以上のハプロタイプを決定するための方法を特徴とする。様々な態様では、この方法により、どの多型座位(SNPなど)が胎児に遺伝したかを決定し、どの相同体(組換え事象を含む)が胎児に存在するかを再現する(ことによって多型座位間の配列を推定する)。必要に応じ、本質的には胎児の全ゲノムを再現できる。胎児のゲノムに曖昧さ(交叉の間隔など)が残る場合、必要に応じて別の多型座位を分析することにより、この曖昧さを最小限にすることができる。様々な態様では、あらゆる曖昧さを所望のレベルまで低減するような密度で染色体の1つ以上を含むよう、多型座位を選択する。この方法は、胎児の対象となる多型またはその他の変異(欠失または重複など)の検出に有用性が高い、というのも、この方法によって、対象となる多型またはその他の変異を胎児のゲノムで検出するのではなく、連鎖(たとえば、胎児のゲノムにおける連鎖した多型座位の存在)に基づいた検出が可能になるためである。たとえば、親が嚢胞性線維症(CF)に関連する変異を保有している場合、胎児の母親に由来する母親のDNAと胎児に由来する胎児のDNAとを含む核酸試料を分析し、そのCF変異を有するハプロタイプを胎児のDNAが有するかどうかを決定できる。特に、多型座位を分析して、CF変異を含むハプロタイプを胎児のDNAが有するかどうかを、胎児のDNA中のCF変異自体を検出する必要なく決定することができる。従って、変異を直接検出する必要なく1つ以上の変異(疾患関連変異など)について検査するのに役立つ。
試料についてアレル比の期待値を計算する方法の例を以下に説明する。表1は、母親と胎児の核酸を含む混合試料(母親の血液試料など)のアレル比の期待値である。これらのアレル比の期待値は、混合試料中の母親の核酸と胎児の核酸のアレルの量を含む、各アレルの総量の測定値について期待される値を示す。一態様では、共分離すると期待される2個の近接座位(たとえば、染色体の交叉がないと期待される2個の座位)において母親はヘテロ接合性である。したがって、母親は(AB、AB)である。ここで、1つのハプロタイプについて母親が(A、A)であると母親の相決定済みデータが示していると仮定する。したがって、他方のハプロタイプについて、母親は(B、B)であることが推測できる。表1は、胎児画分が20%である場合の異なる仮説に関するアレル比の期待値を示す。この例では、父親のデータに関する知識を全く想定せず、ヘテロ接合体率を50%と仮定する。2個のSNPの各々について、アレル比の期待値を(Aのリードの割合/総リード数)として表す。母親の相決定済みデータ(1つのハプロタイプが(A、A)であり1つが(B、B)であるという知識)を用いた場合と、母親の相決定済みデータを用いない場合の両方について、これらの比を計算する。表1は、それぞれの親からの胎児の染色体分節のコピー数に関する様々な仮説を含む。
癌などの疾患または障害、あるいは癌などの疾患または障害のリスク増加(たとえば正常のリスクレベルを超える)に関連する変異の例としては、一塩基多様体(SNV)、複数塩基の変異、欠失(2〜3000万塩基対の領域の欠失など)、重複、または縦列反復が挙げられる。一部の態様では、変異は、無細胞DNA、無細胞ミトコンドリアDNA、核内DNAに由来する無細胞DNA(無細胞核内DNA)、細胞内DNA、ミトコンドリアDNAなどのDNAに存在する。一部の態様では、無細胞RNA、細胞内RNA、細胞質RNA、コーディング細胞質RNA、非コーディング細胞質RNA、mRNA、miRNA、ミトコンドリアRNA、rRNA、またはtRNAなどのRNAに存在する。一部の態様では、疾患または障害(癌など)を有する対象者では、疾患または障害(癌など)を有さない対象者に比べて高頻度で変異が存在する。一部の態様では、変異(原因変異など)は癌を示す。一部の態様では、変異は疾患または障害に原因として関与するドライバー変異である。一部の態様では、変異は原因変異ではない。たとえば、一部の癌では複数の変異が蓄積するが、その一部は原因変異ではない。原因変異ではない変異(たとえば、疾患または障害を有する対象者において、疾患または障害を有さない対象者に比べて高頻度で存在する変異など)も、疾患または障害の診断に有用となり得る。一部の態様では、変異は1つ以上のマイクロサテライトにおけるヘテロ接合性の消失(LOH)である。
核酸変化の例
一部の態様では、mRNAスプライシングの変化は癌などの疾患または障害、あるいは癌などの疾患または障害のリスク増加に関連する。一部の態様では、mRNAスプライシングの変化は、癌または癌のリスク増加に関連する以下の核酸のうちの1つ以上に見られる:DNMT3B、BRCA1、KLF6、Ron、およびGemin5。一部の態様では、検出されたmRNAスプライス多様体は癌などの疾患または障害に関連する。一部の態様では、複数のmRNAスプライス多様体が健常細胞(非癌性細胞など)によって生成されるが、mRNAスプライス多様体の相対量の変化が癌などの疾患または障害に関連する。一部の態様では、mRNAスプライシングの変化はmRNA配列の変化(スプライス部位の変異など)、スプライシング因子のレベルの変化、利用できるスプライシング因子の量の変化(たとえば、スプライシング因子が反復配列に結合することによって利用可能なスプライシング因子の量が減少する)、スプライシング制御の変化、または腫瘍微小環境などに起因する。
一部の態様では、1種以上のDNA(無細胞DNA、無細胞ミトコンドリアDNA、無細胞核内DNA、細胞内DNA、ミトコンドリアDNAなど)またはRNA(無細胞RNA、細胞内RNA、細胞質RNA、コーディング細胞質RNA、非コーディング細胞質RNA、mRNA、miRNA、ミトコンドリアRNA、rRNA、またはtRNAなど)の総量または総濃度に変化が見られる。一部の態様では1種以上の特定のDNA(無細胞DNA、無細胞ミトコンドリアDNA、無細胞核内DNA、細胞内DNA、ミトコンドリアDNAなど)またはRNA(無細胞RNA、細胞内RNA、細胞質RNA、コーディング細胞質RNA、非コーディング細胞質RNA、mRNA、miRNA、ミトコンドリアRNA、rRNA、またはtRNAなど)の分子の量または濃度に変化が見られる。一部の態様では、1個のアレルは、対象座位にある別のアレルよりも多く発現する。例示のmiRNAは、遺伝子発現を制御する20〜22ヌクレオチドの短いRNA分子である。一部の態様では、トランスクリプトームに変化(1つ以上のRNA分子の同一性または量の変化など)が見られる。
本発明はさらに、本発明の方法から得た1つ以上の結果を含むデータベースを特徴とする。たとえば、データベースは、1人以上の対象者に関する以下のいずれかの情報を含む記録を有してもよい:確認された任意の多型/変異(CNVなど);多型/変異と疾患または障害、あるいは疾患または障害のリスク増加との任意の既知の関連性;コードされたmRNAまたはタンパク質の発現または活性レベルに対する多型/変異の影響;疾患または障害に関連するDNA、RNA、または細胞(たとえば、疾患または障害に関連する多型/変異を有するDNA、RNA、または細胞)の、試料中のDNA、RNA、または細胞全体に対する比率;多型/変異の確認に使用した試料(血液試料または特定の組織から得た試料など)の入手源;疾患細胞数;後の反復試験(たとえば疾患または障害の進行や寛解を監視するために試験を繰り返すこと)の結果;疾患または障害に関する他の試験の結果;対象者が診断された疾患または障害の種類;施される治療;その治療に対する反応;その治療の副作用;症状(疾患または障害に関連する症状など);寛解の長さと数;生存期間の長さ(最初の試験から死亡までの時間の長さ、または診断から死亡までの時間の長さなど);死因;およびそれらの組み合わせ。
一部の態様では、癌などの疾患または障害に関する1つ以上のリスク因子についても対象者を評価する。リスク因子の例としては、その疾患または障害に関する家族歴、生活習慣(喫煙、発癌性物質への暴露など)、1種以上のホルモンまたは血清タンパク質(肝癌ではα胎児性タンパク質(AFP)、結腸直腸癌では癌胎児性抗原(CEA)、あるいは前立腺癌では前立腺特異抗原(PSA))のレベルが挙げられる。一部の態様では、腫瘍のサイズおよび/または数を測定し、対象者の予後の決定または対象者への治療の選択に用いる。
必要に応じ、癌などの疾患または障害の有無を確認でき、あるいは、癌などの疾患または障害を任意の標準の方法で分類できる。たとえば、癌などの疾患または障害は、特定の徴候と症状の存在、腫瘍生検、スクリーニング検査、または医用画像(乳房X線像または超音波画像など)などの複数の方法で検出可能である。可能性のある癌が検出されると、それを組織試料の顕微鏡検査で診断してもよい。一部の態様では、診断を受けた対象者は、その疾患または障害の進行あるいは寛解または再発を監視するために、その疾患または障害について本発明の方法または既知の試験による反復試験を複数の時点で受ける。
本発明のいずれかの方法で診断、予知、安定化、治療、または予防できる癌の例としては、固形腫瘍、癌腫、肉腫、リンパ腫、白血病、胚細胞腫瘍、または芽細胞腫が挙げられる。様々な態様では、癌は、急性リンパ性白血病、急性骨髄性白血病、副腎皮質癌、AIDS関連癌、AIDS関連リンパ腫、肛門癌、虫垂癌、星細胞腫(小児小脳星細胞腫または小児大脳星細胞腫)、基底細胞癌、胆管癌(肝外胆管癌など)、膀胱癌、骨腫瘍(骨肉腫または悪性線維性組織球腫など)、脳幹神経膠腫、脳癌(小脳星細胞腫、大脳星細胞腫/悪性神経膠腫、上衣腫、髄芽腫、テント上原始神経外胚葉性腫瘍、または視経路および視床下部神経膠腫(visual pathway and hypothalamic glioma)など)、膠芽腫、乳癌、気管支腺腫または気管支カルチノイド、バーキットリンパ腫、カルチノイド腫瘍(小児カルチノイド腫瘍または消化管カルチノイド腫瘍など)、癌腫、中枢神経系リンパ腫、小脳星細胞腫または小脳悪性神経膠腫(小児小脳星細胞腫または小児小脳悪性神経膠腫など)、子宮頚癌、小児癌、慢性リンパ性白血病、慢性骨髄性白血病、慢性骨髄増殖性疾患、直腸癌、皮膚T細胞性リンパ腫、線維形成性小円形細胞腫瘍、子宮内膜癌、上衣腫、食道癌、ユーイング肉腫、ユーイング腫瘍ファミリーの腫瘍、頭蓋外胚細胞腫瘍(小児頭蓋外胚細胞腫瘍など)、性腺外生殖細胞腫瘍、眼癌(眼球内黒色腫または網膜芽細胞腫、眼癌など)、胆嚢癌、胃癌、消化管カルチノイド腫瘍、消化管間質腫瘍、胚細胞腫瘍(頭蓋外胚細胞腫瘍、性腺外生殖細胞腫瘍、または卵巣胚細胞腫瘍など)、妊娠性絨毛性疾患腫瘍、神経膠腫(脳幹神経膠腫、小児大脳星細胞腫、または小児視経路および視床下部神経膠腫など)、胃カルチノイド、有毛細胞白血病、頭頚部癌、悪性心臓腫瘍(heart cancer)、肝細胞(肝臓)癌、ホジキンリンパ腫、下咽頭癌、視床下部および視経路神経膠腫(小児視経路神経膠腫)、島細胞癌(内分泌島細胞癌または膵島細胞癌など)、カポジ肉腫、腎癌、咽頭癌、白血病(たとえば急性リンパ性白血病、急性骨髄性白血病、慢性リンパ性白血病、慢性骨髄性白血病、または有毛細胞白血病)、口唇癌または口腔癌、脂肪肉腫、肝癌(非小細胞癌または小細胞癌など)、肺癌、リンパ腫(AIDS関連リンパ腫、バーキットリンパ腫、皮膚T細胞性リンパ腫、ホジキンリンパ腫、非ホジキンリンパ腫、または中枢神経系リンパ腫など)、マクログロブリン血症(ワルデンシュトレーム・マクログロブリン血症、骨悪性線維性組織球腫または骨肉腫、髄芽腫(小児髄芽腫など)、黒色腫、メルケル細胞癌、中皮腫(成人または小児中皮腫)、潜伏性口腔癌を伴う転移頚部扁平上皮癌、多発性内分泌腫瘍症候群(小児多発性内分泌腫瘍症候群など)、多発性骨髄腫または形質細胞腫瘍、菌状息肉症、骨髄異形成症候群、骨髄異形成または骨髄増殖性疾患、骨髄性白血病(慢性骨髄性白血病など)、骨髄性白血病(成人急性骨髄性白血病または小児急性骨髄性白血病など)、骨髄増殖性疾患(慢性骨髄増殖性疾患など)、鼻腔癌または副鼻腔癌、上咽頭癌、神経芽腫、口腔癌、中咽頭癌、骨肉腫または骨悪性線維性組織球腫、卵巣癌、卵巣上皮癌、卵巣胚細胞腫瘍、卵巣低悪性度腫瘍、膵癌(膵島細胞癌など)、副鼻腔癌または鼻腔癌、副甲状腺癌、陰茎癌、咽頭癌、褐色細胞腫、松果体星細胞腫、松果体胚細胞腫、松果体芽腫またはテント上原始神経外胚葉性腫瘍(小児松果体芽腫または小児テント上原始神経外胚葉性腫瘍など)、下垂体腺腫、形質細胞腫、胸膜肺芽腫、原発性中枢神経系リンパ腫、癌、直腸癌、腎細胞癌、尿管癌(腎盂移行上皮癌または尿管移行上皮癌など)、網膜神経膠腫、横紋筋肉腫(小児横紋筋肉腫など)、唾液腺癌、肉腫(ユーイング腫瘍ファミリーの肉腫、カポジ肉腫、軟部肉腫、または子宮肉腫など)、セザリー症候群、皮膚癌(非黒色腫皮膚癌、黒色腫、またはメルケル細胞皮膚癌など)、小腸癌、扁平上皮癌、テント上原始神経外胚葉性腫瘍(小児テント上原始神経外胚葉性腫瘍など)、T細胞リンパ腫(皮膚T細胞リンパ腫など)、精巣癌、咽頭癌、胸腺腫(小児胸腺腫など)、胸腺腫または胸腺癌、甲状腺癌(小児甲状腺癌など)、絨毛性腫瘍(妊娠性絨毛性腫瘍など)、原発不明癌(成人または小児の原発不明癌など)、尿道癌(子宮内膜癌、子宮癌など)、子宮肉腫、腟癌、視経路および視床下部神経膠腫(小児視経路および視床下部神経膠腫など)、外陰癌、ワルデンシュトレーム・マクログロブリン血症、あるいはウィルムス腫瘍(小児ウィルムス腫瘍など)である。様々な態様では、癌は転移した癌または転移していない癌である。
必要に応じ、癌などの疾患または障害、あるいは癌などの疾患または障害のリスク増加を安定化、治療、または予防するための任意の治療法を対象者(たとえば、本発明のいずれかの方法で癌または癌のリスクを有すると確認された対象者)に施すことができる。様々な態様では、治療法は癌などの疾患または障害に対する既知の治療法または併用療法(細胞毒性薬、標的治療、免疫療法、ホルモン治療、放射線治療、癌細胞または癌細胞になる可能性のある細胞の除去手術、幹細胞移植、骨髄移植、光線力学治療、対症療法、またはそれらの組み合わせなど)である。一部の態様では、治療(予防的薬物療法など)によって、癌などの疾患または障害のリスクの高い対象者の癌などの疾患または障害を予防し、その進行を遅らせ、あるいは重症度を低下させる。
必要に応じ、癌などの疾患または障害、あるいは癌などの疾患または障害のリスク増加を安定化、治療、または予防するための追加の化合物は、天然の産物と合成(または半合成)抽出物の大きなライブラリ、または化合物ライブラリから、当業者に公知の方法に従って特定することができる。創薬・医薬品開発の分野の当業者には明らかであるが、試験抽出物や化合物の正確な入手源は本発明の方法にとって決定的ではない。したがって、実質的にはあらゆる数の化学抽出物または化合物を、特定の種類の癌または特定の対象者の細胞に対する効果、あるいは癌関連分子(たとえば、特定の種類の癌で活性または発現が変化したことがわかっている癌関連分子)の活性または発現に対する効果について、スクリーニングすることができる。粗抽出物が癌関連分子の活性または発現を調節するとわかれば、当技術分野で公知の方法で陽性の先導抽出物をさらに分画し、観測された効果の原因となる化学成分を単離してもよい。
本明細書に開示する治療法のうちの1つ以上を、癌などの疾患または障害に及ぼす影響について、細胞株(たとえば、癌または癌のリスク増加を有すると診断された対象で確認された1つ以上の変異を有する細胞株)あるいはその疾患または障害の動物モデル(SCIDマウスモデルなど)を用いて試験することができる(Jain et al., Tumor Models In Cancer Research, ed. Teicher, Humana Press Inc., Totowa, N.J., pp. 647-671, 2001;この文献の全内容は参照によって本明細書に組み込まれる)。また、癌などの疾患または障害、あるいは癌などの疾患または障害のリスクの増加を安定化、治療、または予防するための特定の治療の有効性を決定するのに使用できる標準の試験法および動物モデルは多数存在する。ヒトを対象とする標準の臨床試験で治療を試験することもできる。
癌などの疾患または障害、あるいは癌などの疾患または障害のリスク増加を安定化、治療、あるいは予防するために、組成物を当業者に公知の任意の方法をで製剤かつ投与できる(たとえば、米国特許第8,389,578号明細書および米国特許第8,389,557号明細書を参照;これらの文献それぞれの全内容は参照によって本明細書に組み込まれる)。製剤および投与のための一般的な技術は"Remington: The Science and Practice of Pharmacy,” 21st Edition, Ed. David Troy, 2006, Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, Paに記載されている(この文献の全内容は参照によって本明細書に組み込まれる)。液剤、懸濁剤、錠剤、カプセル剤、丸剤、散剤、顆粒剤、ゲル剤、軟膏剤、坐剤、注射剤、吸入剤、および噴霧剤がこのような製剤の例である。例えば、当技術分野で公知の別の方法も用いて徐放性の経口製剤を調製することができる。たとえば、有効成分の適切な徐放性剤形は、基質錠剤(matrix tablet)またはカプセル剤組成物であってもよい。基質を形成する適切な材料としては、たとえば、ワックス類(たとえば、カルナウバロウ、ミツロウ、パラフィンワックス、セレシン、シェラックワックス、脂肪酸、脂肪アルコールなど)、油、硬化油脂(たとえば、硬化ナタネ油、硬化ヒマシ油、硬化牛脂、硬化ヤシ油、硬化ダイズ油)、および重合体(たとえばヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリエチレングリコールなど)などが挙げられる。他の適切な基質錠剤材料としては、微結晶性セルロース、粉末セルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロースと、他の担体と賦形剤である。錠剤は顆粒、被覆粉末、またはペレットを含んでもよい。錠剤は多層型であってもよい。必要に応じ、完成した錠剤を被覆してもよいししなくてもよい。
本明細書に記載の任意の方法は、物理的な形式(コンピュータ画面、または紙への印刷)のデータ出力を含んでもよい。本発明の任意の方法を、医師がそれに基づいて判断できるような形式で、すぐ使用可能なデータを出力することと組み合わせてもよい。本明細書に記載した対象個体に関する遺伝データ決定の一部の態様を、出生前診断の状況での胎児の潜在的な染色体異常(欠失または重複など)またはそれがないことを(必要に応じて、中絶するかしないかの判断と組み合わせて)医療専門家が通知することと組み合わせてもよい。本明細書に記載の態様の一部を、すぐ使用可能なデータを出力し、臨床治療を行うという臨床判断をすること、または行わないという臨床判断をすることと組み合わせてもよい。
図69は、本発明の態様を実行するのに有用な例示のシステム構造X00を示す。システム構造X00は、1つ以上の研究所情報システム(「LIS」)X04に接続された分析プラットフォームX08を含む。図69に示すように、分析プラットフォームX08は、ネットワークX02を通じてLIS X04に接続されてもよい。ネットワークX02は、1つ以上のネットワークタイプ(LAN、WAN、インターネットなどの任意の組み合わせを含む)の1つ以上のネットワークを含んでもよい。ネットワークX02は、システム構造X00のいずれかまたはすべての構成要素間の接続を含んでもよい。分析プラットフォームX08は、代替的または追加的にLIS X06に直接接続されてもよい。一態様では、分析プラットフォームX08は、LIS X04からサービス型ソフトウェア(software-as-as-service)の様式で提供された遺伝データを分析し(LIS X04は第三者LISである)、また、分析プラットフォームX08は、LIS X06から完全サービス(full-service)様式または自己完結(in-house)様式で提供された遺伝データを分析する(LIS X06と分析プラットフォームX08は同じ当事者に管理される)。分析プラットフォームX08がネットワークX02を通じて情報を提供する一態様では、分析プラットフォームX08はサーバであってもよい。
試料の調製および増幅の方法の例は、2012年11月21日出願の米国特許出願第13/683,604号(米国特許公開第2013/0123120号)明細書、2014年5月16日出願の米国特許出願第61/994,791号明細書に記載されている(これらの文献の全内容は参照によって本明細書に組み込まれる)。これらの方法を用いて、本明細書に開示された任意の試料を分析できる。
プライマー選択方法の例は、2012年11月21日出願の米国特許出願第13/683,604号(米国特許公開第2013/0123120号)明細書、および2014年5月16日出願の米国特許出願第61/994,791号明細書に記載されている(これらの全内容は参照によって本明細書に組み込まれる)。これらの方法を用いて、本明細書に開示された任意の試料を分析できる。
候補標的座位(SNPなど)の集合を、標的に関する所望のパラメータについての公的に利用可能な情報(たとえば、対象集団におけるSNPの頻度、SNPのヘテロ接合体率など)(ワールドワイドウェブのncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP/;およびSherry ST, Ward MH, Kholodov M, et al. dbSNP: the NCBI database of genetic variation. Nucleic Acids Res. 2001 Jan 1;29(1):308-11(それぞれの全内容は参照によって本明細書に組み込まれる)に基づいて選択した。各候補座位について、1つ以上のPCRプライマー対をPrimer 3 programワールドワイドウェブのprimer3.sourceforge.net; libprimer3 release 2.2.3(全内容は参照によって本明細書に組み込まれる))で設計した。特定の標的座位に対するPCRプライマーの実現可能な設計がない場合、その標的座位を除外して検討した。
工程1で得た他のすべての標的座位について、標的座位に対する各プライマーとすべてのプライマーでの熱力学的相互作用スコアを計算した(たとえば、以下を参照:Allawi, H. T. & SantaLucia, J., Jr. (1998), "Thermodynamics of Internal C-T Mismatches in DNA", Nucleic Acids Res. 26, 2694-2701; Peyret, N., Seneviratne, P. A., Allawi, H. T. & SantaLucia, J., Jr. (1999), "Nearest-Neighbor Thermodynamics and NMR of DNA Sequences with Internal A-A, C-C, G-G, and T-T Mismatches", Biochemistry 38, 3468-3477; Allawi, H. T. & SantaLucia, J., Jr. (1998), "Nearest-Neighbor Thermodynamics of Internal A-C Mismatches in DNA: Sequence Dependence and pH Effects", Biochemistry 37, 9435-9444.; Allawi, H. T. & SantaLucia, J., Jr. (1998), "Nearest Neighbor Thermodynamic Parameters for Internal G-A Mismatches in DNA", Biochemistry 37, 2170-2179; and Allawi, H. T. & SantaLucia, J., Jr. (1997), "Thermodynamics and NMR of Internal G-T Mismatches in DNA", Biochemistry 36, 10581-10594; MultiPLX 2.1 (Kaplinski L, Andreson R, Puurand T, Remm M. MultiPLX: automatic grouping and evaluation of PCR primers. Bioinformatics. 2005 Apr 15;21(8):1701-2(これらの文献それぞれの全内容は参照によって本明細書に組み込まれる))。この工程の結果、相互作用スコアの2次元の行列を得た。相互作用スコアにより2個の相互作用するプライマーを含むプライマー二量体の尤度を予測した。相互作用スコアは以下のように計算した:
相互作用スコア=最大(−ΔG2,0.8×(−ΔG1))
(式中、
「ΔG2」は、PCRによって両端が伸長可能な(すなわち、各プライマーの3’末端はもう一方のプライマーにアニーリングする)二量体に関するギブズのエネルギー(二量体を切断するのに必要なエネルギー)であり、
「ΔG1」は、少なくとも一方の末端がPCRで伸長可能な二量体に関するギブズのエネルギーである。)
各標的座位について、2つ以上のプライマー対設計がある場合、1つの設計を以下の方法で選択した:
1.座位に対する各プライマー対設計について、その設計に含まれる2個のプライマーと、他のすべての標的座位に対するすべての設計に含まれるすべてのプライマーとの最悪の場合の(最も高い)相互作用スコアを見つける。
2.最悪の場合の相互作用スコアが最も良い(最も低い)設計を選択する。
各節点が1つの座位とそれに関連するプライマー対設計を表すようなグラフを描いた(たとえば、最大クリーク問題)。各2つの節点の間に枝を設けた。各枝に、その枝が結ぶ2つの節点に関連するプライマーの間の最悪の場合の(最も高い)相互作用スコアと同等の重みを割り当てた。
必要に応じ、2個の異なる標的座位に関する各対の設計について、一方の設計のプライマーの1つともう一方の設計のプライマーの1つが重複する標的領域にアニールする場合、その2つの設計に関する節点の間に枝を追加する。これらの枝の重みは、工程4で割り当てた重みの最大値と等しく設定した。したがって、工程5は、多重PCR反応時に重複する標的領域にアニールして互いに干渉するプライマーがライブラリに含まれるのを防止する。
初期の相互作用スコアの閾値を以下のように計算した:
重み閾値=最大(枝重み)−0.05×(最大(枝重み)−最小(枝重み))
(式中、「最大(枝重み)」はグラフ中の枝の重みの最大値であり;
「最小(枝重み)」はグラフ中の枝の重みの最小値である。
初期の閾値範囲を以下のように設定した:
最大重み閾値=最大(枝重み)
最小重み閾値=最小(枝重み)
工程5と同じ節点の集合からなり、重み閾値を越えた重み付きの枝のみを含む新しいグラフを作成した。このように、この工程では、スコアが重み閾値以下の相互作用は無視する。
枝が残らなくなるまで節点(と、削除された節点を結ぶすべての枝)を工程7のグラフから削除した。以下の手順を繰り返すことで節点を削除した。
1.次数が最も高い(枝の数が最も多い)節点を探す。複数ある場合は任意に1つを選ぶ。
2.上で選んだ節点とその節点に接続しているすべての節点からなる節点の集合を定義する。ただし、上で選んだ節点よりも次数が低い節点は排除する。
3.その集合から、工程1で得た標的座位スコア(スコアが低いほど適切度が低い)が最も低い節点を選び、グラフから削除する。
グラフに残る節点の数が、多重PCRプールに必要な標的座位の数を(許容される公差の範囲内で)満たしていれば、工程10で方法を継続する。
最大重み閾値=重み閾値
他の場合(グラフの節点が少なすぎる場合)には、重みの閾値を以下のように調節する。
最小重み閾値=重み閾値
次に、重みの閾値を以下のように調節する:
重み閾値=(最大重み閾値+最小重み閾値)/2
工程7〜9を繰り返す。
グラフに残っている節点に関連するプライマー対設計をプライマーライブラリに選択した。このプライマーライブラリは、本発明の任意の方法に使用できる。
必要に応じ、本発明の方法を試験して染色体または染色体分節の欠失または重複の検出能力を評価することができる。以下の実験を実施し、父親から遺伝したX染色体またはX染色体の分節の過剰出現の検出を、母親から遺伝したX染色体またはX染色体分節の場合と比較して実証する。この試験法は、染色体または染色体分節の欠失または重複を模倣するよう設計される。異なる量の父親由来DNA(XY性染色体を有する)をその父親の娘由来のDNA(XX性染色体を有する)と混合し、父親由来のX染色体の余剰量を分析した(図19A〜図19D)。
本実施例では、乳癌関連のコピー数多様性を非侵襲的に無細胞腫瘍DNAに基づいて検出するための方法の例について説明する。乳癌検診には乳房X線撮影が含まれるが、偽陽性率が高く、一部の癌は見落とされる。腫瘍由来の循環無細胞DNA(無細胞循環腫瘍DNA)の癌関連のCNVを分析することによって、より迅速、安全、かつ高精度の検診が可能である。SNPに基づく超多重PCR(massively multiplex PCR)法を用いて、乳癌患者の血漿から単離した無細胞循環腫瘍DNAをCNVについてスクリーニングした。癌でCNVが見られることの多い1番染色体、2番染色体、22番染色体(たとえば、乳癌の試料の49%は22qの欠失を有する)で3,168個のSNP超多重PCR試験法を標的化するように超多重PCR試験法を設計した。乳癌患者(IIa期1名、IIb期4名、IIIb期1名)から採取した6個の血漿試料を分析した。各試料は、標的染色体のうち1つ以上にCNVを有していた。この試験法では、0.58%の無細胞循環腫瘍DNA率で正しく検出されたIIb期の試料1個を含む6個の血漿試料すべてにCNVが確認された(図30、図31B、図32A、図32B、図33)。検出に必要なのは86個のヘテロ接合性のSNPのみであった。IIa期の試料も4.33%の無細胞循環腫瘍DNA率で、636個のヘテロ接合性のSNPを用いて正しく検出された(図29、図31A、および図32A)。このことから、染色体アームの局所的なCNVまたは全体のCNV(どちらも癌では一般的である)を容易に検出できることがわかる。
本実施例では、SNPを標的とする超多重PCRを使用して乳癌試料でコピー数変異を検出するための方法の例について説明する。腫瘍組織でのCNVの評価は、一般的にSNPマイクロアレイまたはaCGHを含む。これらの方法は全ゲノム分解能が高いが、大量の使用材料が必要であり、固定費が高く、ホルムアルデヒド固定パラフィン包埋(FFPE)試料ではうまく機能しない。本実施例では次世代配列決定(next generation sequencing; NGS)を用いる28,000プレックスSNP標的化PCRを使用し、1p、1q、2p、2q、4p16、5p15、7q11、15q、17p、22q11、22q13および13番染色体、18番染色体、21番染色体を乳癌試料でCNVを検出するための標的とした。異数性または微小欠失を有する96個の試料について精度を検証した。単一分子感度は単一細胞を分析することによって確立した。17個の乳癌試料(新鮮凍結腫瘍組織が15個、FFPE腫瘍組織が2個、腫瘍細胞系と正常細胞系の対応対が5対)を分析し、16個(両方のFFPE試料を含む)は、1個〜15個(平均:7.8個)の標的に完全または部分的なCNVを有することが認められた。腫瘍がヘテロ接合性である兆候を認めた。1個のCNVを有する3個の組織はすべて、乳癌で最も頻度の高い細胞遺伝学的異常である1qの重複を有していた。CNVの頻度が最も高い領域は1q、7p、および22q1であった。1つの腫瘍組織(9個のCNVを有する)のみが、LOHを含む領域を有していた。このLOHは、他の8個のCNVを有さない隣接する推定正常組織でも検出された。一方、LOHを有し全体のCNV発生率(平均:12.8)が高い領域を細胞系で5つ以上検出した。したがって、超多重化PCRは標的化による方式でCNVを調査するための経済的かつ高処理な手法を提供し、分析が困難なFFPE組織などの試料に利用できる。
本実施例では、本発明のいずれかの方法の検出限界を計算するための方法の例について説明する。これらの方法を用いて、腫瘍生検(図34)および血漿試料(図35)における一塩基多様体(SNV)の検出限界を計算した。
本実施例では、同一の単一細胞からのCNVおよびSNVの検出について説明する。以下のプライマーライブラリを用いた:CNV検出用の約28,000個のプライマーのライブラリ;CNVの検出用の約3,000個のプライマーのライブラリ;およびSNVの検出用のプライマーのライブラリ。単一細胞の分析のため、細胞を一滴あたり3個または4個の細胞が存在するまで段階希釈した。個々の細胞をピペットで取り、PCR管に入れた。以下の条件で、プロテアーゼK、塩、およびDTTを用いて細胞を溶解した:56℃で20分間、95℃で10分間、次いで4℃で保持。ゲノムDNAを分析するため、分析した単一細胞と同じ細胞系由来のDNAを、購入するか、細胞を増殖させてDNAを抽出することによって得た。
本実施例では、本明細書に開示の染色体異数性およびCNV決定のための超多重化PCR法(CoNVERGeという(Copy Number Variant Events Revealed Genotypically)をさらに検証し、無細胞腫瘍循環DNA試料のPCRに関するPlasmArt基準の開発と使用についてさらに説明する。PlasmArt基準は、CNVを示すことがわかっているゲノムの領域と同一の配列を有し、血漿中に天然に見られる無細胞DNA断片のサイズ分布を反映するサイズ分布を有する、ポリヌクレオチドを含む。
ヒトの乳癌細胞株(HCC38、HCC1143、HCC1395、HCC1937、HCC1954およびHCC2218)と、対応する正常細胞株(HCC38BL、HCC1143BL、HCC1395BL、HCC1937BL、HCC1954BL、およびHCC2218BL)をAmerican Type Culture Collection(ATCC)から入手した。21番染色体トリソミーのBリンパ球細胞(AG16777)と、父親と子の対になったディジョージ症候群(DGS)細胞株(それぞれ、GM10383およびGM10382)をCoriell Cell Repository(Camden, NJ)から入手した。GM10382細胞は、父親の22q11.2領域のみを有する。
この超多重化PCR法の応用性の限界を試験するために、上記6個の癌細胞株と、標的領域にCNVを有さないBリンパ球細胞株から、単一細胞を単離した。これらの単一細胞実験から得たCNVプロファイルは3個の複製物で一貫しており、かつ細胞約20,000個の大容量の試料から抽出したゲノムDNA(gDNA)から得たCNVプロファイルとも一致していた(図65)。配列決定リードのないSNPの数を基準に、大容量試料での平均試験ドロップアウト率は0.48%(範囲:0.41%〜0.60%)であった。これは、合成上または試験法設計上の不具合による。単一細胞の場合、追加の平均試験ドロップアウト率の観測値は0.39%(範囲:0.19%〜0.67%)であった。失敗のなかった(すなわち試験ドロップアウトが起こらなかった)単一細胞試験法の場合、ヘテロ接合性のSNPのみを用いて計算した平均単一試験ドロップアウト率は、わずか0.05%(範囲:0.00〜0.43%)であった。さらに、信頼度の高い遺伝型(すなわち、少なくとも98%の信頼度で決定されたSNP遺伝型)を有するSNPの割合は、単一細胞試料および大容量試料の両方で類似し、単一細胞試料の遺伝型は大容量試料と一致した(平均99.52%、範囲:92.63%〜100.00%)。
実際の血漿試料でのCoNVERGeのCNV検出能力を調べるため、この手法を、2名のステージIIの乳癌患者と5名の後期卵巣癌患者のそれぞれから採取した腫瘍生検と対応対にした無細胞DNAに応用した。7名の患者全員で、FF腫瘍組織にも対応する血漿試料にもCNVが検出された(図66)。図67はSNV乳癌変異のリストである。試験した5つの領域にわたり、合計で32個のCNV(AAIレベル≧0.45%)が7個の血漿試料で検出された(範囲:0.48%〜12.99%AAI)。これはゲノムの約20%にあたる。当然ながら、他の直交方法が存在しないため、血漿中のCNVの存在は確認できない。
本実施例では、様々な種類の試料をCoNVERGeで分析するために用いる試料調製方法の一例の詳細を説明する。
多重化PCRは、多数の標的を1つの反応で同時に増幅できる。標的SNPを、10%の最小の集団である少数アレル頻度を持つ各ゲノム領域で確認した(1000 Genomes Projectデータ:2012年4月30日発表)。各SNPについて、準入れ子の複数のプライマーを、最大長75bpの増幅産物を生成し、かつ融解温度が54℃〜60.5℃となるように設計した。プライマーの考えられるすべての組み合わせについてプライマー相互作用スコアを計算した。スコアの高いプライマーを排除してプライマー二量体産物が形成される可能性を低減した。候補PCR試験法を、標的SNPのマイナーアレル頻度と、観測されたヘテロ接合体率と、HapMapに存在するかどうかと、増幅産物の長さとを基準にランク付けして選択した。
血液試料をEDTA管に採取した。全血試料を遠心分離して3つの層に分離した:血液試料の上層55%は血漿であり無細胞DNAを含み、中間層であるバフィーコートはDNA(全体の<1%)を有する白血球を含み、また採取した血液試料の45%である下層には赤血球が含まれていたが、この画分には赤血球が除核されているためDNAは存在しなかった。QIAamp(登録商標)Circulating Nucleic Acid Kit、Qia-Amp(Qiagen, Valencia, CA)を製造元のプロトコルに従って用い、少なくとも1mLの血漿から循環腫瘍DNAを単離した。
血漿DNAライブラリを調製し、超多重PCR3,168プレックスプロトコルを用いて増幅した。試料は以下のように調製した:最大20mLの血液を遠心分離してバフィーコートと血漿を単離した。無細胞循環腫瘍DNAを血漿から抽出し、ライブラリを調製した。DNAを50μLのTE緩衝液で溶離した。超多重PCRへの使用量は、約1200ngの使用量で増幅・精製したNatera血漿ライブラリのうち6.7μLであった。血漿DNAを、Qiagen(登録商標)mp-PCRマスターミックス(最終濃度2×MM)と3,168プレックスプライマープールのタグ付きプライマー(濃度2nM)を含む20μLの反応容量でPCR増幅した。すなわち、95℃で10分間の後、(96℃で30秒、65℃で20分間、72℃で30秒間)を25サイクル、さらに72℃で2分間、最後に4℃で保持した。増幅産物を1:2000で水に希釈し、1μLを10μLの反応容量のバーコーディングPCRに添加した。バーコードは、タグ特異的なプライマーを用いた12サイクルのPCR増幅によって付加する。複数の試料の産物をプールし、次いでQIAquick PCR Purification Kit (Qiagen)で精製し、50μLのDNA懸濁用緩衝液で溶離した。28,000プレックスPCRに関する単一細胞のCNVプロトコルについて記載したのと同様に試料を次世代配列決定で配列決定する。
乳癌患者の血液試料由来の無細胞DNAを調製し、4つの84プレックスプールに分けた336プライマー対を用いて増幅した。染色体1p、1q、2p、2q、22q11の3,168プレックスに関する血漿CNVプロトコルに記載したのと同様にNatera血漿ライブラリを調製した。DNAを50μLのTE緩衝液で溶離した。超多重PCRへの使用量は、使用量約600ngでは増幅・精製したNatera血漿ライブラリのうち2.5μLであった。図68A〜Bは、3168プレックスの超多重PCR反応に用いたSNPの多数アレル頻度と少数アレル頻度を示す。横軸はSNPの数(左から順に染色体1q、1p、2q、2p、22q)を示す。SNPを1000 Genomes map for Humans, Group 19とdbSNPから選択して対象を選んだが、1000 Genomesから選択したSNPのみを用いてスクリーニングし、少数アレル頻度を得た。84プレックスプライマープール(反応容量10μL、Qiagen mp-PCRマスターミックス(最終濃度2×MM)、4mM EDTA、プライマー濃度7.5nM(合計1.26μM))の4つの反応を並行して行い、血漿DNAをPCR増幅した。すなわち95℃で15分間の後、(94℃で30秒間、65℃で15分間、72℃で30秒間)を25サイクル、72℃で2分間、最後に4℃で保持した。4つのサブプールの増幅産物をそれぞれ1:200で水に希釈し、1μLを10μLの反応容量(Q5 HS HF master mix(終濃度1×)、1μMの各バーコーディングプライマーを含む)のバーコーディングPCRに加え、プールの各々を以下の条件で増幅した。すなわち98℃で1分間の後、(98℃で10秒間、70℃で10秒間、60℃で30秒間、65℃で15秒間、72℃で15秒間)を25サイクル、72℃で2分間、最後に4℃で保持した。ライブラリをQIAquick(登録商標)PCR Purification Kit(Qiagen)で精製し、50μLのDNA懸濁用緩衝液で溶離した。試料をペアエンド配列決定で配列決定した。
本実施例では、配列決定データを分析してSNVを確認するための方法の一例に関して詳細を説明する。
p=効率(各リードが各サイクルで複製される確率)
pe=変異タイプeに関するサイクル当たりのエラー率(タイプeのエラーが起こる確率)
X0=最初の分子数
リードをPCR工程の過程で複製するにつれ、より多くのエラーが発生する。したがって、リードのエラーの特性は元のリードからの分離度によって決定される。k回の複製を経て生成されたリードをkth世代とする。
各塩基について以下の変数を定義する:
Xij=PCRのjサイクル目で生成される世代のリード数
Yij=j回目のサイクル終了時の世代iのリード数の合計
Xij e=PCRのjサイクル目で生成される、変異eを有する世代iのリード数
また、正常な分子分子X0の他に、変異eを有するfeX0個の分子がPCR工程の開始時に存在する(したがってfe/(1+fe)は最初の混合物に含まれる変異分子の比率である)。j−1サイクル目の世代i−1のリード総数が与えられると、jサイクル目で生成される世代iのリード数は、試料のサイズYi−1,j−1および確率パラメータpを含む二項分布を有する。したがって、E(Xij,|Yi−1,j−1,p)=pYi−1,j−1かつVar(Xij,|Yi−1,j−1,p)=p(1−p)Yi−1,j−1である。
6+.2アルゴリズム
a)サイクル当たりのPCR効率とエラー率を、訓練データセットを用いて推定し;
b)工程(a)で推定した効率の分布を用いて、各塩基の試験データセットに関する開始分子の数を推定し;
c)必要であれば、工程(b)で推定した開始分子数を用いて、試験データセットに関する効率の推定値を更新し;
d)工程(a)、(b)、(c)で推定した試験セットデータとパラメータを用いて、(ある初期の実変異分子率を有する調査領域に関する)総分子数、背景エラー分子数および実変異分子数に関する平均および分散を推定し;
e)分布を分子全体におけるエラー分子全体(背景エラー分子および実変異分子)に適合させることによって、調査領域における各実変異率に関する尤度を計算し;
f)最も尤度の高い実変異率を決定し、工程(e)で得たデータを用いて信頼度を計算する。
本実施例では、循環DNA中のCNVを検出することによって癌を検出するための、本明細書に記載の多重化PCR・CoNVERGe法を用いた結果を記載する。本明細書に記載の染色体1p、1q、2p、2q、および22q11の3,168プレックスに関する血漿CNVプロトコルを使用した。21名の乳癌患者(ステージI〜IIIB)から採取した血漿を分析した。図44に示す結果から、AAI≧0.45%としたすべてのサンプルでCNVが検出され、わずか62個のヘテロ接合性のSNPのみが必要だったことがわかる。類似のプロトコルを用いて、卵巣癌患者から採取した血漿を分析した。図45に示すように、0.45%のカットオフ値を用いて100%の卵巣癌検出率を達成した。5個の試料のそれぞれには対応する腫瘍試料も存在した。
本実施例では、血漿中のCNVとSNVの存在を試験することで癌検出能力が劇的に改善したことを示す。上記の実施例に記載の方法でCNVおよびSNVを検出した。試料は実施例9の適切なプロトコルに従って調製した。SNVに関する上記方法1を用いてSNVを確認した。図46に示すように、ステージI〜IIIの癌患者の血漿をCNVおよびSNVの両方について分析することによって、SNV単独について試験する場合と比較して、乳癌および肺癌の検出感度が大きく改善される。SNVを単独で分析した場合、癌の71%が血漿試料で検出されたが、SNVおよび/またはCNVの有無について分析することによって、検出率は分析対象の母集団のうち乳癌では83%、肺癌では92%に上昇した。TCGAおよびCOSMICデータセットで確認されたすべてのSNVおよびCNVについて考慮する場合、診断負荷の期待値は、乳癌では97%を超え、肺癌では98%を超える。
本実施例では、無細胞循環腫瘍DNA中のSNVの検出が、生検試料で多様体アレルを識別する際の腫瘍の異質性に起因する検出限界を克服することを実証する。3名の小細胞肺癌患者の試料のTRACERx試料と1名の線癌・肺癌患者の試料(腫瘍生検と、対応する術前血漿試料を採取した)を腫瘍の異質性の分析に使用した。試料は、Cancer Research UK Lung Cancer Centre of Excellence, University College London Cancer Institute(London WC1E 6BT, UK)から入手した。試料は、SNV変異分析用の原発性肺癌試料であった。各患者の癌を有する肺全体の様々な領域から2個〜3個の生検を採取した(図51A)。根本的なクローンの異質性を識別するため、各生検試料を全エキソン配列決定(Illumina(登録商標)HiSeq200; Illumina、San Diego、CA)した後、PGM(登録商標)の装置でAmpliSeq(登録商標) sequencing(Ion Torrent、South San Francisco、CA)することによって試験した。SNV分析の後、各生検試料について多様体アレル頻度(VAF)を決定した(図51B)。
本実施例では、次世代配列決定に続くワークフローでプライマー量が多重PCRの反応物を制限するような低いプライマー濃度を用いることによって、増幅反応のプール全体のリード深度(したがって検出限界)が改善されることを実証する。全体の反応容量を20μLでなく10μLとした以外は上記の実施例9に従い、3,168プレックスパネルを用いていくつかの実験を血漿CNVについて行った。さらに、PCRを15サイクル、20サイクル、または25サイクルかけて実施した。プライマー濃度を2nMにした以外は実施例9のプロトコルに従い、乳癌試料で4つの84プレックスプールを用いて他の実験を実施し、PCR増幅を15サイクル、20サイクル、または25サイクル実施した。
本実施例では、本発明のSNV検出方法が単一細胞分析(単一分子分析ともいう)でモザイク現象を確認する能力を実証する。図62は、実施例9に記載の28Kプレックスプライマーセットを用いた28K単一細胞法に従い腫瘍細胞のゲノムDNAと単一細胞/分子を使用して得た多重PCRの結果を示す。この方法を用いて、4.7Mリード以上のリードのうち85%超をマッピングした(標的あたり約167リード)。図の下部から、細胞にモザイク現象が見られたことがわかる。
Claims (32)
- 個体の試料に含まれる染色体分節の倍数性を決定する方法であって、該方法は、
a.該試料中の該染色体分節にある多型座位の集合のうちの各座位に存在する各アレルの量を含む、該試料から得られたアレル頻度データを受け、
b.該アレル頻度データの相を推定することによって該多型座位の集合に関する相決定済み(phased)アレル情報を作成し、
c.該アレル頻度データを用いて、異なる倍数性状態に関する該多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、ここで前記個別確率は、前記多型座位の集合に関する異なる倍数性状態とアレル不均衡率の両方のモデルのセットを用いて作成され、
d.該個別確率と該相決定済みアレル情報を用いて該多型座位の集合に関する同時確率を作成し、ここで前記同時確率は、前記染色体分節にある多型座位間の連鎖を考慮することによって作成され、
e.該同時確率に基づき、染色体倍数性を示す最適合モデルを選択することにより、該染色体分節の倍数性を決定すること
とを含み、
ここで該試料は、癌を有すると考えられる個体から得た血液試料、血清試料、又は血漿試料であり、
ここで該方法は、前記選択に基づき該個体の腫瘍細胞にコピー数多様性が存在するかを決定することをさらに含む、方法。 - 前記アレル頻度データが核酸配列データから作成される、請求項1に記載の方法。
- 前記アレル頻度データの誤差を修正することと、修正済みアレル頻度データを前記個別確率の作成工程に使用することとをさらに含み、修正される前記誤差がアレル増幅効率の偏りである、請求項1に記載の方法。
- 個体の試料の染色体倍数性を検出するための方法であって、該方法は、
a.該個体の染色体分節にある多型座位の集合に存在するアレルに関する核酸配列データを受け、
b.該核酸配列データを用いて該多型座位の集合におけるアレル頻度を検出し、
c.検出された該アレル頻度のアレル増幅効率の偏りを修正することによって、該多型座位の集合に関する修正済みアレル頻度を作成し、
d.該核酸配列データの相を推定することによって該多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
e.該修正済みアレル頻度を該多型座位の集合に関する異なる倍数性状態とアレル不均衡率のモデルのセットと比較することにより、異なる倍数性状態に関する該多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
f.該個別確率を該染色体分節にある多型座位間の連鎖を考慮しながら組み合わせることにより、該多型座位の集合に関する同時確率を作成し、
g.該同時確率に基づき、染色体倍数性を示す最適合モデルを選択すること
とを含み、
ここで該試料は、癌を有すると考えられる個体から得た血液試料、血清試料、又は血漿試料であり、
ここで該方法は、前記選択に基づき該個体の腫瘍細胞にコピー数多様性が存在するかを決定することをさらに含む、方法。 - 前記染色体分節の第一の相同体と該染色体分節の第二の相同体の倍数性状態をモデリングすることによって個別確率を作成する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法であって、該倍数性状態が、
(1)いずれの細胞も該染色体分節の該第一の相同体または該第二の相同体の欠失または増幅を有していない状態、
(2)少なくとも一部の細胞が該染色体分節の該第一の相同体の欠失、または該第二の相同体の増幅を有する状態、および
(3)少なくとも一部の細胞が該染色体分節の該第二の相同体の欠失、または該第一の相同体の増幅を有する状態
である、方法。 - 修正されるエラーが環境不純物および遺伝型解析による不純物を含み、前記試料中のホモ接合アレルに関して測定される、請求項5に記載の方法。
- 前記選択が、前記モデルに関して作成された前記相決定済みアレル情報と推定アレル頻度との差異の大きさを分析することによって実行され、差異の大きさが最も小さいモデルが選択される、請求項5に記載の方法。
- アレル頻度の前記個別確率が、前記多型座位の集合におけるアレル頻度の期待値と観測値のベータ二項モデルに基づいて作成される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記個別確率がベイズ分類器を用いて作成される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記核酸配列データが、多重増幅反応によって生成された一連の増幅産物の複数のコピーの高処理DNA配列決定を実行することによって作成され、ここで、該一連の増幅産物のうちの各増幅産物は、前記多型座位の集合のうちの少なくとも1つの多型座位にわたり、該多型座位の集合のうちの各多型座位が増幅される、請求項2又は4に記載の方法。
- 前記多重増幅反応が制限的なプライマー条件で実行される、請求項10に記載の方法。
- 前記試料に含まれる染色体分節の集合について染色体倍数性が決定される、請求項10に記載の方法。
- 前記多重増幅反応が1,000〜100,000プレックスの多重反応を含む、請求項10に記載の方法。
- 0.45%以上の平均アレル不均衡率が、該個体の腫瘍細胞にコピー数多様性が存在することを示す、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記試料が、固形腫瘍を有していたことが知られている個体から得た血漿試料である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 標的となる複数の一塩基多様体のセットのうち何れかの一塩基多様体が前記試料に存在するか否かを決定することをさらに含み、ここで、該コピー数多様性および/または該一塩基多様体の検出は前記試料中に循環腫瘍核酸が存在することを示す、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記個体の腫瘍に関する前記染色体分節のハプロタイプ情報を受けることと、該ハプロタイプ情報を用いて、前記多型座位の集合に関する異なる倍数性状態とアレル不均衡率の前記モデルのセットを作成することをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記方法が、既知の平均アレル不均衡比を有する対照試料に対して該方法を実行することをさらに含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記修正済みアレル頻度を前記モデルのセットと比較する前に該修正済みアレル頻度のデータから異常値を除外することをさらに含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 個体の試料の染色体倍数性を検出するためのシステムであって、該システムは、
a.該試料中の該染色体分節にある多型座位の集合のうちの各座位に存在する各アレルの量を含む、該試料から得られたアレル頻度データを受けるよう構成された入力プロセッサと、
b.モデラーであって、
i.該アレル頻度データの相を推定することによって該多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
ii.該アレル頻度データを用いて、異なる倍数性状態に関する該多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、ここで前記個別確率は、前記多型座位の集合に関する異なる倍数性状態とアレル不均衡率の両方のモデルのセットを用いて作成され、
iii.該個別確率と該相決定済みアレル情報を用いて該多型座位の集合に関する同時確率を作成し、ここで前記同時確率は、前記染色体分節にある多型座位間の連鎖を考慮することによって作成される
よう構成されたモデラーと、
c.該同時確率に基づき、染色体倍数性を示す最適合モデルを選択することにより、該染色体分節の倍数性を決定するよう構成された、仮説管理部(hypothesis manager)
とを含み、
ここで該試料は、癌を有すると考えられる個体から得た血液試料、血清試料、又は血漿試料であり、
ここで該仮説管理部はさらに、前記選択に基づき該個体の腫瘍細胞にコピー数多様性が存在するかを決定するよう構成される、システム。 - 前記アレル頻度データが核酸配列決定システムによって作成される、請求項20に記載のシステム。
- 前記アレル頻度データの誤差を修正するよう構成された誤差修正部をさらに含み、ここで、修正済みアレル頻度データが前記個別確率の作成工程に用いられ、前記誤差修正部がアレル増幅効率の偏りを修正する、請求項21に記載のシステム。
- 個体の試料の染色体倍数性を検出するためのシステムであって、該システムは、
a.該個体の染色体分節にある多型座位の集合に存在するアレルに関する、該試料から得られた核酸配列データを受け、該核酸配列データを用いて該多型座位の集合におけるアレル頻度を検出するよう構成された入力プロセッサと、
b.検出された該アレル頻度の誤差を修正し、該多型座位の集合に関する修正済みアレル頻度を作成するよう構成された誤差修正部と、
c.モデラーであって、
i.該核酸配列データの相を推定することによって該多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
ii.該相決定済みアレル情報を該多型座位の集合に関する異なる倍数性状態とアレル不均衡率のモデルのセットと比較することにより、異なる倍数性状態に関する該多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
iii.該個別確率を該染色体分節にある多型座位間の相対的距離を考慮しながら組み合わせることにより、該多型座位の集合に関する同時確率を作成する
よう構成されたモデラーと、
d.該同時確率に基づき、染色体倍数性を示す最適合モデルを選択するよう構成された仮説管理部
とを含み、
ここで該試料は、癌を有すると考えられる個体から得た血液試料、血清試料、又は血漿試料であり、
ここで該仮説管理部はさらに、前記選択に基づき該個体の腫瘍細胞にコピー数多様性が存在するかを決定するよう構成される、システム。 - 前記仮説管理部が、前記モデルに関して作成された前記相決定済みアレル情報と推定アレル頻度との差異の大きさを分析することによって選択を行い、差異の大きさが最も小さいモデルを選択する、請求項23に記載のシステム。
- 前記モデラーが、前記多型座位の集合におけるアレル頻度の期待値と観測値のベータ二項モデルに基づいてアレル頻度の前記個別確率を作成する、請求項24に記載のシステム。
- 個体の試料の染色体倍数性を検出するための非一過性のコンピュータ可読媒体であって、該媒体はコンピュータ可読コードを含み、該コードを処理装置で実行することにより、該処理装置が、
a.該試料中の該染色体分節にある多型座位の集合のうちの各座位に存在する各アレルの量を含む、該試料から得られたアレル頻度データを受け、
b.該アレル頻度データの相を推定することによって該多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
c.該アレル頻度データを用いて、異なる倍数性状態に関する該多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、ここで前記個別確率は、前記多型座位の集合に関する異なる倍数性状態とアレル不均衡率の両方のモデルのセットを用いて作成され、
d.該個別確率と該相決定済みアレル情報を用いて該多型座位の集合に関する同時確率を作成し、ここで前記同時確率は、前記染色体分節にある多型座位間の連鎖を考慮することによって作成され、
e.該同時確率に基づき、染色体倍数性を示す最適合モデルを選択することにより、該染色体分節の倍数性を決定する、
ように構成され、
ここで該試料は、癌を有すると考えられる個体から得た血液試料、血清試料、又は血漿試料であり、
ここで該コードを該処理装置で実行することにより、該処理装置がさらに、前記選択に基づき該個体の腫瘍細胞にコピー数多様性が存在するかを決定するよう構成される、コンピュータ可読媒体。 - 前記アレル頻度データが核酸配列データから作成される、請求項26に記載のコンピュータ可読媒体。
- 前記アレル頻度データの誤差を修正することと、修正済みアレル頻度データを前記個別確率の作成工程に使用することをさらに含み、修正される前記誤差がアレル増幅効率の偏りである、請求項26に記載のコンピュータ可読媒体。
- 個体の試料の染色体倍数性を検出するための非一過性のコンピュータ可読媒体であって、該媒体はコンピュータ可読コードを含み、該コードを処理装置で実行することにより、該処理装置が、
a.該個体の染色体分節にある多型座位の集合に存在するアレルに関する、該試料から得られた核酸配列データを受け、
b.該核酸配列データを用いて該多型座位の集合におけるアレル頻度を検出し、
c.検出された該アレル頻度のアレル増幅効率の偏りを修正することによって、該多型座位の集合に関する修正済みアレル頻度を作成し、
d.該核酸配列データの相を推定することによって該多型座位の集合に関する相決定済みアレル情報を作成し、
e.該修正済みアレル頻度を該多型座位の集合に関する異なる倍数性状態とアレル不均衡率のモデルのセットと比較することにより、異なる倍数性状態に関する該多型座位のアレル頻度の個別確率を作成し、
f.該個別確率を該染色体分節にある多型座位間の連鎖を考慮しながら組み合わせることにより、該多型座位の集合に関する同時確率を作成し、
g.該同時確率に基づき、染色体倍数性を示す最適合モデルを選択する、
ように構成され、
ここで該試料は、癌を有すると考えられる個体から得た血液試料、血清試料、又は血漿試料であり、
ここで該コードを該処理装置で実行することにより、該処理装置がさらに、前記選択に基づき該個体の腫瘍細胞にコピー数多様性が存在するかを決定するよう構成される、コンピュータ可読媒体。 - 前記選択が、前記モデルに関して作成された前記相決定済みアレル情報と推定アレル頻度との差異の大きさを分析することによって実行され、差異の大きさが最も小さいモデルが選択される、請求項29に記載のコンピュータ可読媒体。
- アレル頻度の前記個別確率が、前記多型座位の集合におけるアレル頻度の期待値と観測値のベータ二項モデルに基づいて作成される、請求項26〜29のいずれか一項に記載のコンピュータ可読媒体。
- 前記方法が、標的となる複数の一塩基多様体のセットのうち何れかの一塩基多様体が前記試料に存在するか否かを決定することをさらに含み、
前記コピー数多様性および/または前記一塩基多様体の検出は、前記試料中に循環腫瘍核酸が存在することを示し、
前記核酸配列データが、多重増幅反応によって生成された一連の増幅産物の複数のコピーの高処理DNA配列決定を実行することによって作成され、
該一連の増幅産物のうちの各増幅産物は、前記多型座位の集合のうちの少なくとも1つの多型座位にわたり、
該多型座位の集合のうちの各多型座位が増幅され、
前記血液試料、血清試料、又は血漿試料と同一の試料を用いて、該個体の腫瘍の細胞にコピー数多様性または一塩基多様体又はその両方が存在するか否かが決定される、請求項2〜7の何れか一項に記載の方法。
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