JP5116026B2 - 癌の検出方法および癌抑制剤 - Google Patents

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Description

本発明は、ヒト染色体上に存在するmicroRNA遺伝子の発現量の変化を利用することにより、口腔扁平上皮癌などの癌を検出する方法、さらには口腔扁平上皮癌などの癌の増殖を抑制する抑制剤に関する。
口腔扁平上皮癌[Oral squamous−cell carcinoma(OSCC)]は、頭頚部癌に分類され、主として口腔粘膜上皮などから発生する腫瘍である。頭頚部癌の中で35%程度と発生割合が高く、全世界で毎年約27万人に発症するとされている(Parkin,DM., et al.,CA Cancer J Clin.55,74−108,2002)。また、日本においては、2003年では5,500人以上が死亡している。発生部位では舌がもっとも多く、次いで歯肉(歯茎)に発生することが多い。他に頬粘膜、口蓋、口底といったその他の口腔粘膜、さらに顎の骨や唾液腺にも発生することが知られている。
近年、口腔扁平上皮癌のための診断法と治療法は進歩しているにもかかわらず、その予後は改善されていない。このため、口腔扁平上皮癌における原因遺伝子と、その遺伝子に生じている変化を見つけ出し、その機能を解明することは、より効果的な治療法や化学的予防法の開発などの新しい治療戦略の構築に必須である。
Parkin,DM., et al.,CA Cancer J Clin.55,74−108,2002
口腔由来、主に口腔粘膜上皮細胞の癌化についての遺伝子レベルでのメカニズムが解明されれば、遺伝子レベルにおける口腔粘膜上皮細胞の癌化の発見や、口腔扁平上皮癌の悪性度の診断、進行の抑制をおこなうことが可能となり、さらに、メカニズムに基づく薬剤の選別、開発や治療法の確立が可能となるはずである。具体的には、口腔扁平上皮癌に特徴的な挙動を示す遺伝子を同定して、遺伝子を中心とした技術的検討をおこなうことにより、この課題を解決することができると考えられる。即ち、本発明は、口腔扁平上皮癌などの癌に特徴的な挙動を示す遺伝子を同定して癌の検出方法及び癌の増殖抑制剤を提供することを解決すべき課題とした。
Real−time reverse transcription−polymerase chain reaction(Real−time RT−PCR)法は、遺伝子発現により生じる転写産物の量を解析するためには、簡便で迅速であり、最良の方法である。そして、癌に関与する遺伝子発現の変化を解析するために、TaqMan MicroRNA Assays用いることにより、口腔粘膜上皮細胞の癌化を促進する表1及び表2に示す癌関連microRNA遺伝子を同定することに成功した。また、CpGアイランドあるいはその近傍に座位する、miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203は、CpGアイランドに存在するシトシンのメチル化により、発現量が低下する。すなわち、これらの遺伝子の発現量低下が口腔扁平上皮癌の増殖を促進する、また、口腔扁平上皮癌において、これらの遺伝子の発現量を増加させると、癌の増殖を著しく低下することを見出すことに成功し、本発明を完成した。
即ち、本発明によれば、検体において、miR-374、miR-340、miR-224、miR-10a、miR-140、miR-213、miR-146a、miR-126、miR-31、miR-9、及びmiR-9*からなる群から選ばれる少なくとも1以上の遺伝子の発現上昇、及び/又はmiR-27a、miR-34b,miR-34c,miR-203、miR-302c*、miR-23a、miR-27b、miR-34a、miR-215、miR-299、miR-330、miR-337、miR-107、miR-133b、miR-138、miR-139、miR-223、miR-204、miR-370、let-7d、miR-95、miR-302a、miR-367、let-7g、miR-23b、miR-128a、miR-148a、miR-155、miR-200c、miR-302b、miR-368、miR-122a、miR-371、let-7a、miR-26b、miR-30e-5p、miR-96、miR-125a、miR-132、miR-200b、miR-199b、miR-296、miR-373*、miR-137、miR-197、miR-193a、let-7e、miR-30d、miR-331、miR-342、miR-338、miR-199a、miR-372、及びmiR-184からなる群から選ばれる少なくとも1以上の遺伝子の発現低下を指標として検体の癌化を検出することを含む、癌の検出方法が提供される。
好ましくは、遺伝子発現の変化を、DNAアレイ法、ノーザンブロット法、RT−PCR法、リアルタイムRT−PCR法、RT−LAMP法、又はin situ ハイブリダイゼーション法のいずれかの方法を用いて検出する。
好ましくは、遺伝子の発現低下は、CpGアイランドあるいはその近傍のメチル化による遺伝子の発現の低下である。
好ましくは、前記メチル化を、COBRA法、Bisulfite sequeance法、又はサザンブロット法のいずれかの方法を用いて検出する。
好ましくは、miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、又はmiR‐203のうちの少なくとも1以上の遺伝子の発現低下を指標として検体の癌化を検出する。
好ましくは、検体は口腔由来細胞である。
好ましくは、癌は口腔扁平上皮癌である。
本発明の別の側面によれば、miR-27a、miR-34b,miR-34c,miR-203、miR-302c*、miR-23a、miR-27b、miR-34a、miR-215、miR-299、miR-330、miR-337、miR-107、miR-133b、miR-138、miR-139、miR-223、miR-204、miR-370、let-7d、miR-95、miR-302a、miR-367、let-7g、miR-23b、miR-128a、miR-148a、miR-155、miR-200c、miR-302b、miR-368、miR-122a、miR-371、let-7a、miR-26b、miR-30e-5p、miR-96、miR-125a、miR-132、miR-200b、miR-199b、miR-296、miR-373*、miR-137、miR-197、miR-193a、let-7e、miR-30d、miR-331、miR-342、miR-338、miR-199a、miR-372、及びmiR-184からなる群から選ばれる少なくとも1以上の遺伝子を含有する、癌抑制剤が提供される。
好ましくは、本発明の癌抑制剤は、miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、又はmiR‐203のうちの少なくとも1以上の遺伝子を含む。
好ましくは、前記遺伝子は高分子化合物に結合又は封入されている。
好ましくは、前記高分子化合物はリポソームである。
好ましくは、癌は口腔扁平上皮癌である。
本発明により、口腔粘膜由来の細胞検体における癌化を的確に把握することが可能となった。また、口腔扁平上皮癌にmicroRNAの配列を含む合成二本鎖RNAを遺伝子導入することにより、口腔扁平上皮癌などの癌の増殖を抑制することができる。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
(1)癌の検出方法
本発明による癌の検出方法は、検体において、表1及び表2に示す遺伝子発現の変化を少なくとも1つ以上を指標として検体の癌化を検出することを特徴とする。遺伝子発現の変化とは、遺伝子発現の上昇又は遺伝子発現の低下の何れかを意味する。特に好ましくは、検体において、microRNA(miRNA)遺伝子であるmiR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203の発現量の低下を検出することにより、検体の癌化を検出することができる。特に好ましくは、口腔由来の細胞におけるmiR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203の遺伝子発現の低下を検出することにより、口腔由来細胞の癌化を検出することができる。さらには、miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203を高分子化合物に結合、または封入して、口腔扁平上皮癌細胞へ導入することにより、癌の増殖を抑制することができる。
ヒトゲノムプロジェクトの成果などにより、TaqMan MicroRNA Assaysを用いることにより、miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203の転写産物は既に知られており、11q23.1、17p13.3、1p21.3、17q11.2、14q32.33染色体領域に存在するmicroRNA遺伝子である。miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203遺伝子は、詳細な機能は不明であり、このmiRNAが、口腔扁平上皮癌の発症に関わる重要な癌関連遺伝子であることは知られていない。
上述したように、本発明の好ましい態様の検出方法は、口腔粘膜由来の細胞や口腔扁平上皮癌におけるmiR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203遺伝子発現の量の低下を検出することを特徴とする方法である。
miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203遺伝子発現の量の低下を検出する対象となる口腔粘膜由来の細胞や口腔扁平上皮癌は、検体提供者の生検組織細胞が好適である。
この検体組織細胞は、健常人の口腔に由来する細胞か、口腔扁平上皮癌患者の癌組織であるかを問わないが、現実的には、検査等の結果、口腔粘膜や舌、歯茎などに癌化が疑われる病変部が認められた場合の病変組織、または口腔扁平上皮癌であることが確定しているが、その悪性度や進行度を判定する必要がある口腔扁平上皮癌の組織、等が主な対象となり得る。
本検出方法により、「検査等の結果、口腔に由来する組織や細胞に癌化が疑われる病変部が認められた場合の病変組織」におけるmiR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203遺伝子発現の量の低下が認められた場合には、病変組織は癌化に向かって進行しているか、あるいは既に癌化の状態であり、かつ、悪性度が高くなりつつあることが判明し、早急な本格的治療(手術等による病変部の除去、本格的な化学療法等)をおこなう必要性が示される。また、「口腔扁平上皮癌であることが確定しているが、その悪性度や進行度を判定する必要がある口腔扁平上皮癌の組織」におけるmiR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203遺伝子発現の量の低下が認められた場合にも、癌組織の悪性度が高くなりつつあることが判明し、早急な本格的治療(手術等による病変部の除去、本格的な化学療法等)をおこなう必要性が示される。検体として採取された口腔扁平上皮癌組織は、必要な処理、例えば、採取された組織からのDNA或るいはRNAの調製をおこない、本検出方法をおこなう対象とすることができる。
本発明で用いる表1及び表2に記載のmicroRNAの配列情報は、Wellcome Trust Sanger Institute miRBase(http://microrna.sanger.ac.uk/)に登録されている。以下にそのAccession番号を示す。
miRNA miRBase Accessions
miR-374 MIMAT0000727
miR-340 MIMAT0004692
miR-224 MIMAT0000281
miR-10a MIMAT0000253
miR-140 MIMAT0000431
miR-213 MIMAT0000256
miR-146a MIMAT0000449
miR-126 MIMAT0000445
miR-31 MIMAT0000089
miR-9 MIMAT0000441
miR-9* MIMAT0000442
miR-27a MIMAT0000084
miR-34b MIMAT0004676
miR-34c MIMAT0000686
miR-203 MIMAT0000264
miR-302c* MIMAT0000716
miR-23a MIMAT0000078
miR-27b MIMAT0000419
miR-34a MIMAT0000255
miR-215 MIMAT0000272
miR-299 MIMAT0002890
miR-330 MIMAT0004693
miR-337 MIMAT0004695
miR-107 MIMAT0000104
miR-133b MIMAT0000770
miR-138 MIMAT0000430
miR-139 MIMAT0000250
miR-223 MIMAT0000280
miR-204 MIMAT0000265
miR-370 MIMAT0000722
let-7d MIMAT0000065
miR-95 MIMAT0000094
miR-302a MIMAT0000684
miR-367 MIMAT0000684
let-7g MIMAT0000414
miR-23b MIMAT0000078
miR-128a MIMAT0000424
miR-148a MIMAT0000243
miR-155 MIMAT0000646
miR-200c MIMAT0000617
miR-302b MIMAT0000715
miR-368 MIMAT0000720
miR-122a MIMAT0000421
miR-371 MIMAT0004687
let-7a MIMAT0000062
miR-26b MIMAT0000083
miR-30e-5p MIMAT0000692
miR-96 MIMAT0000095
miR-125a MIMAT0000443
miR-132 MIMAT0000426
miR-200b MIMAT0000318
miR-199b MIMAT0000263
miR-296 MIMAT0000690
miR-373* MIMAT0000725
miR-137 MIMAT0000429
miR-197 MIMAT0000227
miR-193a MIMAT0004614
let-7e MIMAT0000066
miR-30d MIMAT0000245
miR-331 MIMAT0004700
miR-342 MIMAT0004694
miR-338 MIMAT0004701
miR-199a MIMAT0000231
miR-372 MIMAT0000724
miR-184 MIMAT0000454
(2)口腔扁平上皮癌におけるmiRNA遺伝子発現の変化
miRNA遺伝子の発現量の変化を直接的におこなうことができる代表的な方法として、Real−time RT−PCR法を挙げることができる。
成熟型miRNAの本検出方法に関しては、TaqMan MicroRNA Assays(アプライドバイオシステムズ社)を用いておこなうことが、好適であり、かつ、現実的である。他にノザンブロット法等でも検出は可能であるが、TaqMan MicroRNA Assaysの方が簡便且つ高感度である。
(3)口腔扁平上皮癌におけるmiRNA遺伝子発現の低下の検出
CpGリッチプロモーター領域並びにエキソン領域が密にメチル化されると転写不活性化が起こることが報告されている(Bird AP., et al., Cell,99,451−454,1999).癌細胞では、CpGアイランドはそれ以外の領域と比較すると高い頻度で密にメチル化されており、プロモーター領域の過剰メチル化は、癌での癌抑制遺伝子の不活性化に深く関与している(Ehrlich M., et al,Oncogene,21,6694−6702,2002)。後述するように、実際、miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203遺伝子の周辺にCpGアイランドが存在しており、このCpGアイランドのメチル化の度合いは、一部の口腔扁平上皮癌でのmiR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203遺伝子発現の抑制と強く相関していた。そして、口腔扁平上皮癌を、脱メチル化試薬である5−アザ2'−デオキシシチジン(5−aza−dCyd)存在下で培養することにより、CpGアイランドを脱メチル化することができ、その結果、miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203遺伝子発現を回復させることができた。これらの結果により、CpGアイランドの過剰メチル化(Hypermethylation)が口腔扁平上皮癌における癌抑制miRNA遺伝子の発現抑制を高頻度で起こす原因の一つであることが判明した。
(4)癌の抑制方法、及び癌抑制剤
本発明によればさらに、表1及び表2においてOSCC細胞株で発現低下しているものとして挙げられているmiRNA遺伝子(その中でも好ましくは、miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203遺伝子)の転写産物であるmiRNAを細胞に導入することを含む、癌を抑制する方法、並びに上記遺伝子を含む癌抑制剤が提供される。
miRNAは、人工的に化学合成されるかまたは生化学的に合成されたものか、あるいは生物体内で合成されたものか、あるいは約40塩基以上の二本鎖RNAが体内で分解されてできた10塩基対以上の短鎖二本鎖RNAをいい、通常、5'−リン酸、3'−OHの構造を有しており、3'末端は約2塩基突出している。
本発明の癌抑制剤は、有効成分である上記遺伝子を遺伝子治療剤に通常用いる基剤と共に配合することにより製造することができる。また、上記遺伝子をウイルスベクターに組み込んだ場合は、組換えベクターを含有するウイルス粒子を調製し、これを遺伝子治療剤に通常用いる基剤と共に配合する。
有効成分である上記遺伝子を配合するために使用する基剤としては、通常注射剤に用いる基剤を使用することができ、例えば、蒸留水、塩化ナトリウム又は塩化ナトリウムと無機塩との混合物などの塩溶液、マンニトール、ラクトース、デキストラン、グルコースなどの溶液、グリシン、アルギニンなどのアミノ酸溶液、有機酸溶液又は塩溶液とグルコース溶液との混合溶液などが挙げられる。あるいはまた、当業者に既知の常法に従って、これらの基剤に浸透圧調整剤、pH調整剤、植物油、界面活性剤などの助剤を用いて、溶液、懸濁液、分散液として注射剤を調製することもできる。これらの注射剤は、粉末化、凍結乾燥などの操作により用時溶解用製剤として調製することもできる。
本発明の癌抑制剤の投与形態としては、通常の静脈内、動脈内などの全身投与でもよいし、局所注射又は経口投与などの局所投与を行ってもよい。さらに、癌抑制剤の投与にあたっては、カテーテル技術、遺伝子導入技術、又は外科的手術などと組み合わせた投与形態をとることもできる。即ち、本発明の癌抑制剤の投与方法は、経口投与、非経口投与(例えば、静脈内投与、筋肉内投与、皮下投与、皮内投与、粘膜投与、直腸内投与、膣内投与、患部への局所投与、皮膚投与など)、患部への直接投与などが挙げられる。本発明の薬剤は、医薬組成物として使用する場合、必要に応じて薬学的に許容可能な添加剤を配合することができる。薬学的に許容可能な添加剤の具体例としては、抗酸化剤、保存剤、着色料、風味料、および希釈剤、乳化剤、懸濁化剤、溶媒、フィラー、増量剤、緩衝剤、送達ビヒクル、希釈剤、キャリア、賦形剤および/または薬学的アジュバントなどが挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の癌抑制剤の製剤形態は特に限定されないが、例えば、液剤、注射剤、徐放剤などが挙げられる。本発明の薬剤を上記製剤として処方するために使用される溶媒としては、水性または非水性のいずれでもよい。
さらに、本発明の癌抑制剤の有効成分であるmiRNAは、リポソームを用いて核酸分子を導入する方法(リポソーム法、HVJ−リポソーム法、カチオニックリポソーム法、リポフェクション法、リポフェクトアミン法など)、マイクロインジェクション法、遺伝子銃(Gene Gun)でキャリア(金属粒子)とともに核酸分子を細胞に移入する方法などを利用することができる。miRNAを用いて生体に投与する場合は、組換えアデノウイルス、レトロウイルスなどのウイルスベクターを利用することができる。無毒化したレトロウイルス、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、ヘルペスウイルス、ワクシニアウイルス、ポックスウイルス、ポリオウイルス、シンドビスウイルス、センダイウイルス、SV40などのDNAウイルスまたはRNAウイルスに、miRNA遺伝子を組込み、細胞または組織にこの組換えウイルスを感染させることにより、細胞または組織内に遺伝子を導入することができる。
本発明の癌抑制剤の投与量は、使用目的、疾患の重篤度、患者の年齢、体重、性別、既往歴、又は有効成分であるmiRNAの種類などを考慮して、当業者が決定することができる。miRNAの投与量は特に限定されないが、例えば、約0.1ng〜約100mg/kg/日、好ましくは約1ng〜約10mg/kg/日である。miRNAは、一般に投与後1〜3日間効果が見られる。したがって、毎日〜3日に1回の頻度で投与することが好ましい。発現ベクターを用いる場合、1週間に1回程度投与することも可能である。
以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により特に限定されるものではない。
実施例1:口腔扁平上皮癌におけるmiRNA遺伝子発現の変化
口腔扁平上皮癌でのmiRNA遺伝子発現の変化を検出するために、18種類の口腔扁平上皮癌細胞株(Ca9−22、HO−1−N−1、HSC−2、HSC−3、HSC−4、KOSC−2 cl3−43、HOC−313、HOC−815、HSC−5、HSC−6、HSC−7、KON、NA、OM1、OM2、SKN3、TSU、ZA)を使用した。また、対象としては、正常口腔粘膜上皮由来不死化細胞株RT7を用いた。口腔扁平上皮癌細胞株は、ストレプトマイシン(100 μg/ml)、ペニシリン(100 units/ml)、2mM グルタミン、10% fetal bovine serum(FBS)を添加したDMEM培地で培養をおこなった。また、RT7細胞株は、KGM−2 BulletKit(Cambrex社)で培養をおこなった。これらの細胞株から、ゲノムDNAはGenome DNA Purification kit(Gentra、Minneapolis、MN)を、RNAはIsogen(ニッポンジーン社)を用いて、マニュアルに従って抽出した。
図1Aに、口腔扁平上皮癌における腫瘍特異的なDNAのメチル化により遺伝子発現が低下した癌抑制miRNAの単離のための戦略と部分的な結果を示す。
まず、18種類の口腔扁平上皮癌細胞株と比較対照としてRT7細胞を用いて、157種類の成熟型miRNAの発現プロファイリングをおこなった。このReal−time RT−PCRに基づいた発現プロファイリングは、ABI Prism 7500 Fast Real−time PCR(Applided Biosystems社)、TaqMan Universal PCR Master Mix(Applided Biosystems社)、TaqMan Reverse Transcription Kit(Applided Biosystems社)、TaqMan MicroRNA Assays(Applided Biosystems社)、Human Panel Early Access Kit(Applided Biosystems社)を用いてマニュアルに従って実験をおこなった。
157種類のmiRNAの中から、miR−124b、miR−144、miR−199‐s、miR−104は、TaqMan MicroRNA Assaysが現在は利用できず、本研究の解析から除外した。また、口腔扁平上皮癌において、miR−154、miR−211、miR−220、miR−302c、miR−323の遺伝子発現レベルを判定できなかった。これは、標準化のためのRT7細胞において、これらの遺伝子発現がReal−time RT−PCR解析により検出できなかったためである。
RT7細胞における各miRNA遺伝子の発現レベルと比較して、11種類のmiRNA(7.4%)で発現の亢進(up‐regulation)(>1.5倍発現、口腔扁平上皮癌細胞株の>66.7%)また、54種類のmiRNA(36.5%)で発現の減少(down‐regulation)(<0.5倍発現、口腔扁平上皮癌細胞株の>66.7%)を認めた(表1及び表2)。
実施例2:口腔扁平上皮癌細胞株における候補miRNAとメチル化解析
ヒトゲノムデータベース(http://genome.ucsc.edu/)から、157種類のmiRNA遺伝子の周辺にCpGアイランドが存在するかを調べ、その結果、21種類のmiRNAがCpGアイランド上または近傍(1000bp以内)に座位していることを確認した(表3)。
21種類のmiRNAの中で、18種類の口腔扁平上皮癌細胞株において高頻度に発現が減少している、miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203遺伝子に注目した。これら5つのmiRNA遺伝子、miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、miR‐203は、RT7細胞と比較して、ほとんどの口腔扁平上皮癌細胞株で有意に遺伝子発現が減少しており、それぞれ、100%(18/18)、72.2%(13/18)、72.2%(13/18)、72.2%(13/18)、100%(18/18)であった(図1B、C)。
これら5種類のmiRNA遺伝子発現の抑制の原因が、DNAのメチル化によるかどうかを調べるため、5種類のmiRNA遺伝子が発現していない口腔扁平上皮癌細胞株を用い、脱メチル化試薬5‐aza‐dCydを1μM、10μMで5日間処理をおこなった。それらの細胞株からRNAを抽出し、候補のmiRNA遺伝子の発現をReal‐timeRT−PCRで調べた(図1D)結果、これらの遺伝子は、5‐aza‐dCydの処理により発現を回復することがわかった。この結果は、明らかに、これらのmiRNA遺伝子の発現抑制には、DNAのメチル化が関与していることを示唆している。
18種類の口腔扁平上皮癌細胞株とRT7細胞株における、5種類のmiRNA遺伝子のDNAメチル化状態とそれらの遺伝子発現パターンに相関性があるのかを決定するため、Combined bisulfite restriction analysis(COBRA)法を用いて各遺伝子のDNAメチル化状態の解析をおこなった。5種類のmiRNA遺伝子におけるCpGアイランドとCOBRA法のためのプライマー位置関係を図2Aに示す。
具体的には、EZ DNAメチレーションキット(Zymo RESEARCH,CA,USA)を使用し、口腔扁平上皮癌細胞株に由来するゲノムDNA(2μg)をSodium bisulfite中50℃で1晩処理をおこない、目的とする領域を増幅するようにデザインしたプライマー(表4)(配列表の配列番号1から26)を用いてPCRをおこなった。
得られたPCR産物をBstUI制限酵素(New England BioLabs)、またはTaqI制限酵素(New England BioLabs)で消化した。BstUIまたはTaqIはメチル化されないSodium bisulfiteで修飾された配列は消化しないが、メチル化されたSodium bisulfiteで修飾されない配列を消化する性質を利用して、PCR断片を電気泳動後、メチル化された断片のバンドとメチル化されない断片のバンドの濃度比をMultiGauge2.0(富士フイルム株式会社)を用いたデンシトメトリーにより測定し、メチル化された領域のメチル化度を%で表示した。また、これらの配列をTOPO TAクローニングベクター(Invitrogen社)にサブクローニングし、塩基配列を決定した。
その結果、miR‐132以外の、miR‐34b、miR‐137、miR‐193a、miR‐203遺伝子の周辺では、それらの遺伝子発現の低下あるいは消失を確認しているすべての口腔扁平上皮癌細胞株で、CpGアイランドあるいは近傍の過剰メチル化を確認することができた(図2B)。また、COBRA法の結果と一致して、4種類のmiRNA遺伝子の発現減少あるいは消失を確認している口腔扁平上皮癌細胞株における過剰メチル化は、Bisulfite‐sequenceでも証明することができた(図2C)。
これらの結果から、口腔扁平上皮癌患者検体におけるmiRNA遺伝子発現とDNAメチル化の詳細な解析のために、4種類の遺伝子(miR‐34b、miR‐137、miR‐193a、miR‐203)を選択することとした。
実施例3:口腔扁平上皮癌患者検体におけるmiRNAの発現とメチル化解析
口腔扁平上皮癌患者の腫瘍癌部組織でも、4種類のmiRNA遺伝子のメチル化が起きているのかを検討するため、また、口腔扁平上皮癌患者の癌部組織において、4種類のmiRNA遺伝子のDNAメチル化状態と発現パターンとの相関関係を、COBRA法とTaqMan real‐time RT‐PCR解析を用いて解析した。
口腔扁平上皮癌患者の癌部と非癌部の組織は、東京医科歯科大学倫理委員会で承認後、歯学部付属病院で手術を受けた口腔扁平上皮癌患者から承諾書を得て、11症例(T1、0症例;T2、10症例;T3、0症例;T4、1症例)の凍結サンプルを得ることができた。病期分類は、Union International Contre le Cancer(UICC)のTNM分類を用いた。
COBRAにおいて、miR‐34b、miR‐137、miR‐193a、miR‐203の癌特異的なDNA過剰メチル化は、それぞれ、36.4%(4/11)、63.6%(7/11)、72.7%(8/11)、45.5%(5/11)の頻度で、口腔扁平上皮癌患者の癌部組織で確認することができた(図3A)。miR‐137、miR‐193aの癌特異的過剰メチル化陽性の症例では、癌特異的にメチル化されたアレル由来の明白な断片を示した。
一方、miR‐34b、miR‐203の癌特異的過剰メチル化陽性症例の多くは、メチル化されたアレル由来の断片は微量であり、この結果は癌細胞においてmiR‐34b、miR‐203周辺の癌特異的過剰メチル化の頻度がとても低いことを示している。
TaqMan real‐time RT‐PCR解析において、正常な口腔粘膜と癌部を比較したとき、miR‐34b、miR‐137、miR‐193a、miR‐203の発現レベルは、口腔扁平上皮癌症例の27.2%(3/11)、54.5%(6/11)、45.5%(5/11)、72.7%(8/11)で有意に減少していた(図3B)。癌特異的なDNA過剰メチル化とmiR‐34b、miR‐137、miR‐193a、miR‐203の発現の減少あるいは消失の両方が確認された口腔扁平上皮癌症例は、それぞれ、25%(1/4)、71.4%(5/7)、62.5%(5/8)、40%(2/5)であった。これらの結果から、miR‐137、miR‐193aは、口腔扁平上皮癌において、癌特異的な過剰メチル化により発現が抑制されることを強く示唆している。また、口腔扁平上皮癌症例における、それらのmiRNAのbisulfite‐sequenceは、明らかにCOBRAの結果を裏付けている(図3C)。
実施例4:口腔扁平上皮癌細胞株の増殖でのmiR‐137、miR‐193aの癌抑制効果
miR‐137、miR‐193aの発現の減少あるいは消失を確認している口腔扁平上皮癌細胞株へ、それぞれmiR‐137、miR‐193aの配列を含む合成二本鎖RNA(dsRNA)を一過的に遺伝子導入することにより、miR‐137、miR‐193aの細胞増殖抑制効果を検討した。
具体的には、miR‐137、miR‐193aの配列を含む合成二本鎖RNA10nMのPre−miRTMmiRNA Precursor Molecule(Ambion社)、または、コントロールとした非特異的なmiRNA「Pre−miRTMNegative Control#1(Ambion社)」を口腔扁平上皮癌細胞株へLipofectamine RNAiMAX(Invitrogen社)を用いてマニュアルに従ってトランスフェクションをおこなった。トランスフェクション後、24‐72時間の生存細胞数はWSTアッセイにより評価した。結果は、非特異的なmiRNAを導入したコントロール細胞の細胞数により標準化した。
上記の解析で、miR‐137、miR‐193a遺伝子導入によって、口腔扁平上皮癌細胞株の細胞増殖は有意に抑制された(図4A)。このことは、miR‐137、miR‐193aが、癌抑制機能を持っていることを示唆している。また、TUNEL解析により、miR‐193aの遺伝子導入による細胞増殖能の低下はアポトーシスが原因であることを明らかにした(図4B)。TUNEL解析は、トランスフェクション後、24時間経過した細胞におけるDNA鎖切断を酵素学的に標識して検出することができるTUNEL staining Kit(MEBSTAIN Apoptosis Kit Direct;MBL社)を用いて、マニュアルに従いおこなった。
図1は、本研究の戦略と口腔扁平上皮癌細胞株におけるmiRNAの発現解析を示す。図Aは、口腔扁平上皮癌細胞株において、エピジェネティックに発現抑制されている癌抑制miRNAの単離のための戦略図を示す。図Bは、TaqMan MicroRNA Assays Human Panel Early Access Kitによる18種類の口腔扁平上皮癌細胞株とRT7細胞における157種類のmiRNAの発現プロファイルを示す。SS、販売が停止されたTaqMan MicroRNA Assays。U、RT7細胞において発現が検出されなかったmiRNA。miRNAの発現レベルは、RNU6Bの発現レベルを内部コントロールとした相対値で比較した。星印は、CpGアイランド上もしくは近傍に座位している21種類のmiRNA。図Cは、18種類の口腔扁平上皮癌細胞株でのCpGアイランド上または近傍に座位している候補miRNAの発現レベルを示す。各細胞株における棒グラフは、RT7細胞と各細胞株での発現レベルの比で示す。アスタリスク(*)は、RT7細胞と比較して、候補miRNAの発現の減少(<0.5倍発現)が観察された口腔扁平上皮癌細胞株の頻度を表している。D、10μM 5‐aza‐dCydを用いて処理した後の候補miRNA遺伝子発現の回復。各細胞株における棒グラフは、未処理の細胞と処理した細胞での発現レベルの比で示す。星印は、TaqMan real‐time RT‐PCR解析(図1C)で遺伝子発現の顕著な現象が確認できなかった細胞株。アスタリスク(*)は、未処理の細胞と10μM 5‐aza‐dCydで処理した細胞を比較して、候補miRNAの発現の回復(>1.5倍発現)が検出された口腔扁平上皮癌細胞株の頻度を表している。 図2は、口腔扁平上皮癌細胞株における5種類の候補miRNAのメチル化状態と発現の相関解析を示す。図Aは、miRNA、CpGアイランド、CpG部位、COBRAとbisulfite sequenceのために使用したPCR産物のゲノム上での物理的な位置関係を示した地図である。ダークグレイボックスはCpGアイランド;ライトグレイボックスはmiRNA遺伝子;垂直線はCpG部位;矢印水平線はPCR産物;垂直の矢印は制限酵素部位。PCR産物のサイズは、miR‐34b領域1は、428bp(BstUIにより切断)、miR‐34b領域2は、549bp(BstUIにより切断);miR‐132領域1は、453bp(BstUIにより切断)、miR‐132領域2は、599bp(BstUIにより切断)、miR‐132領域3は、442bp(BstUIにより切断)、miR‐132領域4は、408bp(BstUIにより切断);miR‐137領域1は、444bp(TaqIにより切断);miR‐193a領域1は、524bp(BstUIにより切断)、miR‐193a領域2は、522bp(TaqIにより切断)、miR‐193a領域3は、458bp(TaqIにより切断);miR‐203領域1は、405bp(BstUIにより切断)、miR‐203領域2は、655bp(BstUIにより切断)、miR‐203領域3は、287bp(BstUIにより切断)。図Bは、口腔扁平上皮癌細胞株とRT7細胞におけるCOBRAの結果を示す。18種類の口腔扁平上皮癌細胞株における候補miRNAの発現パターンは、COBRAの結果の上に示す。矢印は、非メチル化アレル;矢頭は、メチル化アレル;星印は、メチル化アレル由来の制限酵素断片を検出したサンプル;アスタリスク(*)は、各候補miRNAのDNAメチル化が発現の減少が一致した口腔扁平上皮癌細胞株の頻度を表している。図Cは、RT7と候補miRNAの発現陽性の細胞株(+)と陰性の細胞株(−)のbisulfite sequenceの結果を示す。miRNA、CpG部位、COBRAとbisulfite sequenceのために使用したPCR産物のゲノム上での物理的な位置関係を示した地図をbisulfite sequenceの結果の上記に示す。ライトグレイボックスは、miRNA;垂直線はCpG部位;矢印水平線はPCR産物;垂直の矢印は制限酵素部位。各白と黒の四角は非メチル化とメチル化CpG部位を示し、各列は1種類のクローン由来である。 図3は、口腔扁平上皮癌患者11症例の癌部・非癌部組織でのメチル化解析と発現解析を示す。図Aは、外科的に切除した口腔扁平上皮癌患者11症例の癌部(T)と対応する非癌部組織(N)における候補miRNA遺伝子のCOBRAを示す。制限酵素処理の有無は、COBRAの結果の上に+または−で表す。星印は、癌特異的過剰メチル化が検出された症例。アスタリスク(*)は、COBRAにより決定した候補miRNAの癌特異的過剰メチル化の頻度を表す。図Bは、口腔扁平上皮癌患者11症例の癌部・非癌部組織における候補miRNA発現の定量real‐time RT‐PCRによる解析を示す。星印は、癌特異的過剰メチル化が検出された症例。アスタリスク(*)は、COBRAにより癌特異的過剰メチル化を検出された症例で、非癌部組織と比較して、癌部組織で候補miRNAの発現の減少(<0.5倍発現)が観察された症例の頻度を表している。図Cは、bisulfite‐sequenceの結果の代表例を示す。矢印水平線はPCR産物;垂直の矢印は制限酵素部位。各白と黒の四角は非メチル化とメチル化CpG部位を示し、各列は1種類のクローン由来である。 図4は、口腔扁平上皮癌細胞株におけるmiR‐137、miR‐193aの癌抑制効果を示す。図Aは、10nMのPre−miRTMmiRNA Precursor Molecule、または、コントロールとして非特異的なmiRNAをLipofectamine RNAiMAXを用いてトランスフェクションした口腔扁平上皮癌細胞株の増殖曲線と位相差顕微鏡像を示す。トランスフェクション後24‐72時間の生存細胞数はWSTアッセイにより計測した。これらの実験は、各データポイントで3回測定した結果の平均(バー、SE)を示す。位相差顕微鏡像は、トランスフェクション後72時間培養した細胞を示している。図Bは、蛍光顕微鏡下でmiR‐193aまたはコントロールの非特異的dsRNAのトランスフェクション後24時間においてのHSC‐2細胞のTUNEL染色像を示す。図Cは、miR‐193aまたはコントロールである非特異的dsRNAのトランスフェクション後24時間におけるHSC‐2細胞でのアポトーシス誘導を示す。

Claims (8)

  1. 検体において、miR‐34b、miR‐132、miR‐137、miR‐193a、又はmiR‐203うちの少なくとも1以上の遺伝子の発現低下を指標として検体の口腔扁平上皮癌への癌化を検出することを含む、検体の口腔扁平上皮癌への癌化の検出方法
  2. 遺伝子発現の変化を、DNAアレイ法、ノーザンブロット法、RT−PCR法、リアルタイムRT−PCR法、RT−LAMP法、又はin situ ハイブリダイゼーション法のいずれかの方法を用いて検出する、請求項1に記載の方法。
  3. 遺伝子の発現低下が、CpGアイランドあるいはその近傍のメチル化による遺伝子の発現の低下である、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記メチル化を、COBRA法、Bisulfite sequeance法、又はサザンブロット法のいずれかの方法を用いて検出する、請求項3に記載の方法。
  5. 検体が口腔由来細胞である、請求項1からの何れかに記載の方法。
  6. miR‐137、又はmiR‐193aのうちの少なくとも1以上の遺伝子を含む、口腔扁平上皮癌の抑制剤。
  7. 前記遺伝子が高分子化合物に結合又は封入されている、請求項に記載の癌抑制剤。
  8. 前記高分子化合物がリポソームである、請求項に記載の癌抑制剤。
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