JP4496167B2 - 高地肺水腫に対する素因の検出法 - Google Patents
高地肺水腫に対する素因の検出法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、高地肺水腫(HAPE)に対する素因の検出法に関する。本発明は特に、HAPEの有病率に関連する事が発見されているiNOS(inducible nitric oxide synthase)遺伝子の対立遺伝子変異体に関する。
高地肺水腫(HAPE)は、無作為に選抜された登山者の約10%が、標高4000m以上の高地に急に登った後24時間以内に発病する非心臓性肺水腫の一形態である。同様の現象は、さまざまな仕事上の理由で標高3000m以上に徴集された低地住民においても観察される。本疾患の以前の発生で記録されているように、約60%というさらに高い発生率が、HAPEにかかりやすい被験者において示されている(Houston CS et al 1960, Bartsch P et al 1997,1990)。HAPEは、血管拡張薬を予防的に使用するか、またはゆっくり登ることにより効果的に予防することが可能である。それにもかかわらず、依然として、トレッキング中や登山中に高地にさらされる事に関連する死因で最も一般的なものである(Hackett PH et al 1990)。ヒマラヤ登山者の罹患率は、酸素補給または迅速な下山による即座の治療が不可能な場合、50%であると見積もられている(Lobenhoffer HP et al 1982)。人種および民族の集団間において観察される本疾患の臨床像および重症度における差異は、家族内集積とともに、本疾患に対する有意な遺伝的素因があることを支持している。
NOは主に、動脈血の酸素飽和度を増大させることにより、換気血流比を改善し、肺胞気-動脈血酸素分圧較差を低下させることを介して、その効果を発揮している(Scherrer U et al 1996)。しかしながら、健常なボランティアでは、低酸素状態でNO合成の拮抗薬であるNG-モノメチル-L-アルギニン(L-NMMA)を投与すると、HAPEで観察されるのと同様に、肺動脈圧および血管抵抗が上昇する。このため、NOは、罹患者におけるHAPEのための吸入療法として使用されてきた(Anand IS et al 1998)。
1.NO療法:NOは、HAPEを治療するための吸入療法として利用されている。それは主に、換気血流比の改善、および動脈血酸素飽和度の増大による肺胞気動脈血酸素分圧較差の低下を介してその効果を発揮する。
1. HAPE患者が、NO吸入に対して同質の反応をするとは認められない。
さらに、必要とされるNO濃度は、疾患の重症度により変化する。時に、不適当な吸入により、患者は低血圧症、またさらには敗血症性ショックをもたらす。
2. HAPE患者を即座に下山させることは、悪天候および厳しい地形のために、しばしば不可能な状態となる(Anand IS et al 1998, Hackett PH et al 2001)。
本発明の主な目的は、HAPEに対する素因の検出方法であって、上記の限界を回避する方法を提供することである。
本発明は、HAPEに対する素因を検出する方法に関する。特に、iNOS遺伝子の対立遺伝子変異体に関連し、この遺伝子は、HAPEの有病率と関連している。NOレベルを低下させる欠陥一酸化窒素(NO)合成機構が、HAPEの病因に関与していると予想されている。iNOS遺伝子は、NO産生の阻害剤がHAPEの重症度を増加させることから、NO産生に関与することが示されている。本発明では、開示されたマーカー領域内におけるiNOS遺伝子の新規対立遺伝子変異体が、集団におけるHAPEの有病率と負の連関があることが示されていることから、HAPEに対する素因の検出方法が提供される。
本発明は、HAPEに対する素因を検出する方法に関する。特に、iNOS遺伝子の対立遺伝子変異体に関連するが、この遺伝子は、HAPEの有病率と関連することがわかっている。
高地におけるNOの重要な機能を考慮して、iNOS、すなわち誘導型一酸化窒素合成酵素遺伝子を本研究用の候補遺伝子として選択した。
HAPEの臨床的重症度は、レイク・ルイーズ(Lake Louise)急性の山酔い(AMS)採点システムによって評価される。簡単に説明すると、患者を5つの症状、すなわち、頭痛、胃腸の不調、疲労、衰弱、またはその両方、めまい、ふらつき、またはその両方、および睡眠障害の存在について評価した。精神状態の変化、運動失調および末梢性浮腫も評価した。これらの症状のそれぞれを、0から3までにランク付けした。0点は無症状であることを示し、1は軽度の症状、2は中度の症状、および3は重度の症状を示す。HAPEスコアは、8つの症状すべてについての合計であり、患者は、HAPEスコアが6より大きいという特徴を有する(Anand IS et al 1998)。低地住民(LL)は、少なくとも3回高地へ連れ出された後でさえ、上記のいかなる症状も示さないことがわかった被験者である。高地(HA)先住民は、古代からのHA永住者である。
ゲノムDNAを、塩析法を用いて血液から抽出した。高塩濃度下で赤血球を溶解した後、細胞核溶解緩衝液(NLB)で処理した。タンパク質を沈殿させ、DNAの抽出をエタノール内で得た。(Miller SA et al 1988)。
本発明の新規多型性:
本発明への第一歩として、本出願者らは、自身で設計したオリゴヌクレオチドプライマーを用い、iNOS遺伝子のマーカー領域のPCR増幅を実施した。このプライマーをヒトのiNOS遺伝子配列(Gene Bankアクセション番号NT_010799)に従って設計した。精製したPCR生成物の配列決定によって、ヒトiNOS遺伝子のイントロン7に新規な一塩基多型があることが明らかになった。したがって、これまでは認識されていなかったヒトiNOS遺伝子の対立遺伝子または亜型があることが明らかになった。
42人のHA先住民、39人のHAPE対照、および18人のHAPE患者におけるSNP分析から、3つの遺伝子型、すなわちAA、AG、およびGGが明らかになった。対立遺伝子の分布を、表2にまとめる。
本発明はさらに、配列番号:2および3に記載されている対立遺伝子特異的なオリゴヌクレオチドを少なくとも1つまたは複数含む診断キットを提供する。しばしば、このキットは、ある多型の異なった型にハイブリダイズする1つまたは複数対の対立遺伝子特異的なオリゴヌクレオチドを含む。いくつかのキットにおいて、対立遺伝子特異的なオリゴヌクレオチドは、基質に固定化されて提供される。例えば、同じ基質が、少なくとも表1に示される多型を検出する対立遺伝子特異的なオリゴヌクレオチドプローブを含むことが可能である。このキットのさらなる任意の付加的な構成要素は、例えば、制限酵素、逆転写酵素、もしくはポリメラーゼ、基質であるヌクレオシド三リン酸、標識化に使われる手段(例えば、標識がビオチンならば、アビジン酵素複合体、酵素基質、および色素原)、ならびに、逆転写、PCR、もしくはハイブリダイゼーション反応に適したバッファーなどである。通常、このキットは、本方法を実施するための指示書も含む。
変異体遺伝子は、変異体遺伝子が天然またはそれ以外のプロモーターに機能的に連結している発現ベクターにおいて発現させることができる。通常、このプロモーターは、哺乳動物細胞で発現させるための真核生物プロモーターである。転写調節配列は、通常は異種プロモーターおよび任意でエンハンサーを含み、その宿主によって認識される。例えば、trp、lac、ファージプロモーター、糖分解酵素プロモーターおよびtRNAプロモーターなど、適切なプロモーターの選択は、選択された宿主によって決まる。市販されている発現ベクターも使用することができる。適切な宿主細胞は、大腸菌(E. coli)などのバクテリア、酵母、糸状菌、昆虫細胞、哺乳動物細胞などであり、通常は不死化したもの、例えば、マウス、CHO、ヒトおよびサルの細胞株、およびそれらの派生物を含む。好適な宿主細胞は、変異体遺伝子産物をプロセッシングして適切な成熟ポリペプチドを産生することが可能である。
(a)高地肺水腫に伴う症状をモニタリングすることによって被験者を選択する工程、
(b)常法により被験者から白血球のゲノムDNAを抽出する工程、
(c)配列番号:1のヒトiNOS遺伝子のイントロン7を、それぞれ配列番号:2および配列番号:3のフォワードおよびリバースのオリゴヌクレオチドプライマーを設計および合成して増幅する工程、
(d)ヒトiNOS遺伝子の既存の配列と比較することにより新規な一塩基多型(SNP)をコンピュータを使用して同定する工程、
(e)配列番号:2(フォワードプライマー)および配列番号:3(リバースプライマー)の前記プライマーを用いて、新規な一塩基多型について高地先住民(HA先住民)、低地先住民(HAPE対照)、および低地住民のHAPE患者をスクリーニングする工程
(f)遺伝子型と高地肺水腫との関連を確認するために、工程(e)の集団におけるAA、AG、およびGGという遺伝子型の頻度をコンピュータで計算する工程、ならびに
(g)集団における対立遺伝子変異体(AA、AG、およびGGという遺伝子型)の分布における差異を予測および統計解析する工程であって、ここで19480位がGG遺伝子型であれば高地肺水腫のリスクが低く、19480位がAA遺伝子型であれば高地肺水腫のリスクが高い工程。
(a)フォワードプライマーである
、および
(b)リバースプライマーである
。
(a)フォワードプライマーである
、および
(b)リバースプライマーである
(a)フォワードプライマーである
、および
(b)リバースプライマーである
。
(a)フォワードプライマーである
(b)リバースプライマーである
。
実施例1
マーカー遺伝子の同定:
HAにおけるNOの重要な機能を考慮して、iNOS、すなわち誘導型一酸化窒素合成酵素を本研究用の候補遺伝子として選んだ。
研究対象の選択:
HAPEの臨床的重症度を、レイク・ルイーズ急性山酔い(AMS)採点システムによって評価した。簡単に説明すると、患者は5つの症状、すなわち、頭痛、胃腸の不調、疲労、衰弱、またはその両方、めまい、ふらつき、またはその両方、および睡眠障害の存在について評価した。精神状態の変化、運動失調および末梢性浮腫も評価した。これらの症状のそれぞれを、0から3までにランク付けした。0点は無症状であることを示し、1は軽度の症状、2は中度の症状、および3は重度の症状を示す。HAPEスコアは、8つの症状すべてについての合計であり、患者は、HAPEスコアが6より大きいと特徴付けされる(Anand IS et al 1998)。LLは、少なくとも3回高地へ連れ出された後でさえ、上記のいかなる症状も示さないことがわかった被験者である。HA先住民は、古代からのHA永住者である。
白血球からのゲノムDNAの抽出:
ゲノムDNAを、塩析法を用いて血液から抽出した。高塩濃度下で赤血球を溶解した後、細胞核溶解緩衝液(NLB)で処理した。タンパク質を沈殿させ、塩析法の改変法を用いてDNAを末梢血白血球から抽出した。DNA濃度を、波長260nmで、サンプルの光学的濃度を測定することによって決定した(Miller SA et al 1988)。
iNOS遺伝子の対立遺伝子変異体の同定:
本実施例では、本発明による一定のオリゴヌクレオチドプライマーを用いたPCRおよび配列決定によるiNOS遺伝子の対立遺伝子変異体の同定について説明する。次に、DNAを、以下のオリゴヌクレオチドプライマーを用いてポリメラーゼ連鎖反応によって増幅した。
1.
(配列番号:2に記載)、および
2.
(配列番号:3に記載)。
工程1 94℃で4分間
工程2 94℃で30秒間
工程3 62.5℃で30秒間
工程4 72℃で45秒間
工程5 工程2までを34回
工程6 72℃で10分間
iNOS遺伝子の対立遺伝子変異体のヌクレオチド配列:
実施例1に記載されているとおりの方法を用いて得られた、iNOS遺伝子の対立遺伝子変異体のヌクレオチド配列:
上記の配列において、SNP*は太字で示されている。
G対立遺伝子は順応と関連し、A対立遺伝子は疾患と関連する:
実施例4に記載されている方法を、HA先住民、HAPE対照、およびHAPE患者から抽出した一連のDNAサンプルに適用する。G対立遺伝子とHA順応、およびA対立遺伝子と疾患との極めて有意な関連が観察されている。結果を、以下の表に要約する。
iNOS変異体配列を含む核酸ベクター:
ベクター、および、表1に記載されているような1つまたは複数の多型性部位を含むiNOS遺伝子の対立遺伝子変異体で形質転換された宿主細胞は、例えば以下に詳述されているようにして調製することができる。
本発明は、HAPEの治療に対して以下の点を加える。
1.HAPE研究用の新規なマーカーとしての誘導型一酸化窒素合成酵素遺伝子。
2.新規SNPを含むPCR生成物の増幅に関与する新規なプライマー配列。
3.さらなる連関研究のために利用することが可能な新規SNP(19480 A/G)。
4.野生型対立遺伝子(A)と疾患との有意な関連(表2および表3)。
5.突然変異対立遺伝子(G)と順応との有意な関連(表2および表3)。
6.HA先住民およびHAPE対照に関する対立遺伝子の頻度における有意な差異(表2および表3)。
7.G対立遺伝子の存在は、個体を病気にかかりにくくする素因となる。
8.それは、個人が、さまざまな理由で高地を訪れる決心をする助けとなることができる。
一般情報
出願人: CSIR
発明の名称:高地肺水腫(HAPE)に対する素因の検出法
配列の総数: 03
連絡先住所:Institute of genomics and integrative biology, CSIR, Delhi University Campus, Mall Road-110007, India。
電話:+91-11-27666156 ファックス: +91-11-27667471
1.配列特性:
1.LENGTH:258 bp
2.TYPE:DNA
3.ORGANISM:ホモ・サピエンス(ヒト)
4.直接の由来源:PCR
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6.配列番号:1
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