JP5888756B2 - 遺伝子多型を用いた2型糖尿病の検査方法 - Google Patents
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D'=(PABPab−PAbPaB)/Min[(PAB+PaB)(PaB+Pab),(PAB+PAb)(PAb+Pab)]
[式中、Min[(PAB+PaB)(PaB+Pab),(PAB+PAb)(PAb+Pab)]は、(PAB+PaB)(PaB+Pab)と(PAB+PAb)(PAb+Pab)とのうち、値の小さい方をとることを意味する。]好ましくは、D'が0.95以上、より好ましくは0.99以上、最も好ましくは1である多型が挙げられる。
TaqMan PCR法は、蛍光標識したアリール特異的オリゴヌクレオチド(TaqManプローブ)とTaq DNAポリメラーゼによるPCRとを利用した方法である。TaqManプローブとしては、例えば、NCBI SNP Databaseにおける登録番号rs151290、rs163184、rs2237895、rs2237892またはrs2250402で示される多型部位の塩基を含む約15〜約30塩基の連続した塩基配列からなるオリゴヌクレオチドが用いられる。該プローブは、その5'末端がFAMやVICなどの蛍光色素で、3'末端がTAMRAなどのクエンチャー(消光物質)でそれぞれ標識されており、そのままの状態ではクエンチャーが蛍光エネルギーを吸収するため蛍光は検出されない。プローブは双方のアリールについて調製し、一括検出のために互いに蛍光波長の異なる蛍光色素(例えば、一方のアリールをFAM、他方をVIC)で標識することが好ましい。また、TaqManプローブからのPCR伸長反応が起こらないように3'末端はリン酸化されている。TaqManプローブとハイブリダイズする領域を含むゲノムDNAの部分配列を増幅するように設計されたプライマーおよびTaq DNAポリメラーゼとともにPCRを行うと、TaqManプローブが鋳型DNAとハイブリダイズし、同時にPCRプライマーからの伸長反応が起こるが、伸長反応が進むとTaq DNAポリメラーゼの5'ヌクレアーゼ活性によりハイブリダイズしたTaqManプローブが切断され、蛍光色素が遊離してクエンチャーの影響を受けなくなり、蛍光が検出される。鋳型の増幅により蛍光強度は指数関数的に増大する。
インベーダー法では、TaqMan PCR法と異なり、アリール特異的オリゴヌクレオチド(アリールプローブ)自体は標識されず、多型部位の塩基の5'側に鋳型DNAと相補性のない配列(フラップ)を有し、3'側には鋳型に特異的な相補配列を有する。インベーダー法では、さらに鋳型の多型部位の3'側に特異的な相補配列を有するオリゴヌクレオチド(インベーダープローブ;該プローブの5'末端である多型部位に相当する塩基は任意である)と、5'側がヘアピン構造をとり得る配列を有し、ヘアピン構造を形成した際に5'末端の塩基と対をなす塩基から3'側に連続する配列がアリールプローブのフラップと相補的な配列であることを特徴とするFRET(fluorescence resonance energy transfer)プローブとが用いられる。FRETプローブの5'末端は蛍光標識(例えば、FAMやVICなど)され、その近傍にはクエンチャー(例えば、TAMRAなど)が結合しており、そのままの状態(ヘアピン構造)では蛍光は検出されない。
(1)KCNQ1(またはEIF2AK4)遺伝子を発現する細胞を被験物質の存在下および非存在下に培養し、両条件下におけるKCNQ1(またはEIF2AK4)をコードするmRNAの量を、センスもしくはアンチセンスKCNQ1(またはEIF2AK4)を用いて測定、比較することを特徴とする、KCNQ1(またはEIF2AK4)遺伝子またはKCNQ1(またはEIF2AK4)タンパク質に相互作用する物質のスクリーニング方法、
(2)KCNQ1(またはEIF2AK4)遺伝子を発現する細胞を被験物質の存在下および非存在下に培養し、両条件下におけるKCNQ1(またはEIF2AK4)タンパク質(ペプチド)の量を、抗KCNQ1(またはEIF2AK4)抗体を用いて測定、比較することを特徴とする、KCNQ1(またはEIF2AK4)遺伝子またはKCNQ1(またはEIF2AK4)タンパク質に相互作用する物質のスクリーニング方法、および
(3)KCNQ1(またはEIF2AK4)遺伝子を発現する細胞を被験物質の存在下および非存在下に培養し、両条件下におけるKCNQ1(またはEIF2AK4)タンパク質の機能を、バッククランプ法によるチャネル活性の変化を測定、比較することを特徴とする、KCNQ1(またはEIF2AK4)遺伝子またはKCNQ1(またはEIF2AK4)タンパク質に相互作用する物質のスクリーニング方法を提供する。
(i)正常あるいは疾患モデル非ヒト温血動物(例えば、マウス、ラット、ウサギ、ヒツジ、ブタ、ウシ、ネコ、イヌ、サル、トリなど)に対して、薬剤あるいは物理的刺激などを与える一定時間前(30分前〜24時間前、好ましくは30分前〜12時間前、より好ましくは1時間前〜6時間前)もしくは一定時間後(30分後〜3日後、好ましくは1時間後〜2日後、より好ましくは1時間後〜24時間後)、または薬剤あるいは物理的刺激と同時に被験物質を投与し、投与から一定時間が経過した後、心筋、膵組織などを採取する。得られた生体試料に含まれるKCNQ1(またはEIF2AK4)遺伝子を発現する細胞において発現したKCNQ1(またはEIF2AK4)のmRNAは、例えば、通常の方法により細胞等からmRNAを抽出し、例えば、TaqManアッセイやRT−PCRなどの手法を用いることにより定量することができ、あるいは自体公知のノーザンブロット解析により定量することもできる。一方、KCNQ1(またはEIF2AK4)タンパク質量は、ウェスタンブロット解析や以下に詳細する各種イムノアッセイ法を用いて定量することができる。
(ii)KCNQ1(またはEIF2AK4)またはその部分ペプチドをコードする核酸を導入した形質転換体を常法に従って作製し、該形質転換体を常法に従って培養する際に被験物質を培地中に添加し、一定時間培養後、該形質転換体に含まれるKCNQ1(またはEIF2AK4)のmRNA量またはタンパク質(ペプチド)量を定量、解析することにより行うことができる。
以上のようにして、抗KCNQ1(またはEIF2AK4)抗体を用いることによって、細胞におけるKCNQ1(またはEIF2AK4)タンパク質の生産量を感度よく定量することができる。
1 材料および方法
(1)試料:
3つの独立した患者集団を、多段階ゲノム規模スクリーニングのために用意した。集団1は2型糖尿病患者188人のみからなる。集団2は2型糖尿病患者752人と非罹患者752人からなり、集団3は2型糖尿病患者672人と非罹患者672人からなる。2型糖尿病患者の試験対象患者基準は次の通りである:(1)発症開始年齢:40〜55歳、(2)最大BMI < 30kg/m2、(3)インシュリン治療は診断から3年前まで未開始、および(4)抗体GAD(グルタミン酸デカルボキシラーゼ)抗体が陰性。
「JSNPゲノムスキャン(JGS)」と呼ばれる、多段階スクリーニングを常法に従い計画した。まず、1stスクリーニングで、各疾病の188人の患者(糖尿病の集団1)が、IMS−JST日本人SNPデータベースプロジェクトにより提供された105種のSNPsに対してジェノタイプされた。相関解析は次の2セットが実施された:1)上記データベースで登録されている一般的な日本人集団の参照データとのアリール頻度を比較すること、および2)データが上記プロジェクトで得られた罹患者と他の4つの疾病集団における糖尿病非罹患者752人の集団とのアリールおよび/または遺伝子型頻度を比較すること(図1B)。より小さいアリール頻度(MAF)がデータベースとの比較で10%を越え、かつジェノタイプがOR>1.5またはアリールがOR>1.3を示したSNPsが2ndスクリーニングのために選ばれた。陽性相関を示す、同じ遺伝子における多くのSNPsが強い連鎖不均衡(LD)内にあったならば、冗長性を避けるために、一つのSNPだけが次のスクリーニングに対して選ばれた。その後、各疾病(糖尿病に対して2873種)の2880種のSNPsがp値で選ばれた。
1stスクリーニングおよび2ndスクリーニングにおいて、ジェノタイピングを常法に従い、多重PCR型インベーダーアッセイ(multiplex polymerase chain reaction(PCR)−based Invader assay;サード・ウェーブ・テクノロジー社、マジソン、ウィスコンシン、USA)により実施した。3rdスクリーニングおよびデンス・マッピングにおいて、ゲノム規模で増幅したDOP−PCRテンプレートを蛍光相関分光器(FCS)にしたがって配列特異的プライマー(SSP)−PCRによりジェノタイプした。結果として、2ndスクリーニングおよびデンス・マッピングの両方に含められたSNPsに対して、集団2がSSP−PCR−FCS方法で再ジェノタイプされた。いくつかのSNPsをTaqman probe(アプライド・バイオシステムズ社、フォスターシティー、CA)を使ったリアルタイムPCRでジェノタイプした。
14時間断食した後の12齢週の5匹のメスC57BL6またはKK−Ayマウスから膵島を単離し、かつ全RNAをRNeasyキット(キアジェン社、ヒルデン、ドイツ)で抽出した。内部標準としてTATA結合タンパク質を用い、ABI7900HTで、マウスKcnql mRNAの発現レベルを、TaqMan遺伝子発現アッセイ(アプライド・バイオシステムズ)を用いたリアルタイムRT−PCR法で解析した。結果を、非罹患マウスであるBL6マウスに対する倍変化量であらわした。
1stスクリーニングにおいて、上記で記載した通りに、2型糖尿病患者−非罹患者評価の2セットを実施した。非罹患者として4グループを使って、比較のために2×2または2×3分割表でデータを統計解析し、およびジェノタイプ・データが利用できなかった一般的な母集団の度数との比較のために、2×2分割表でアリールデータのみを解析した。
(1)糖尿病の多段階相関解析
1stスクリーニングの多重PCR型インベーダーアッセイによるJGSに対してジェノタイプされた105種のSNPsのうち、常染色体の82,343種のSNPsのデータが2型糖尿病患者187人に対してタインピング品質チェックに合格と判定された。対象者一人はまったくジェノタイプコールを与えなかった。組み合わせられた2種の相関解析により、2,873種のSNPsを2ndスクリーニングの対象として選択した。
KCNQ1遺伝子は、[a]2型糖尿病患者に最も強い相関を示し、[b]陽性結果が複数のSNPsにまたがる唯一の遺伝子であり、かつ[c]染色体11p15.5に局在しており、日本人の糖尿病罹患同胞解析の独立した2報告において提案された、糖尿病と連鎖を示す候補領域に含まれていた(非特許文献3および4):上記2報告とも精密なマッピングを達成できていなかったが、この領域の最大LODスコアはそれぞれ3.08と2.89であった。以上の通り、KCNQ1遺伝子は2型糖尿病の発症に関連する遺伝子として重要かつ今回はじめて見出された遺伝子であった。そこで、3rdスクリーニングの後、KCNQ1遺伝子をさらに解析した。
すべてのジェノタイプされたSNPsの中の最大および2番目に顕著な相関を示したrs2237892(C/T; 危険アリール=C)およびrs2237895(A/C; 危険アリール=C)からハプロタイプを構築した。集団2+3のおける疾病と最も顕著な相関がT−Aハプロタイプ(p=3.2×10-13)で見出された。上記p値がrs2237892単独(P=6.7×10-13)に対してのp値より大きくないことを示したので、上記遺伝子中の原因となる変異体を逃している可能性は低く、およびrs2237892だけを使った詳しい分析を行なった。次に臨床表現型へのrs2237892の危険アリールの影響を調査した。集団2+3における1,424人の糖尿病患者において、上記SNPならびにBMI、糖尿病発症の年齢およびインスリン抵抗性のレベル(データなし)などの臨床パラメーターに対して相関は見出されなかった。
逆転写およびリアルタイムPCR分析によって2型糖尿病のマウス・モデルの膵島中でのKcnq1の発現を検討した。高血糖と高インスリン血症の両方を明らかに示した12齢週の糖尿病罹患KK−Ayマウスの膵島におけるKcnq1 mRNAの発現量は、C57BL6コントロール・マウス(P=0.0004)と比較して、1.6倍に顕著に増加された。
KCNQ1遺伝子の発現を変化させる物質のスクリーニング系について検討した。膵β細胞株INS−1細胞(ラット)をRPMI培地(10%FCS加)で培養した。配列表の配列番号1〜3に示す、Kcnq1遺伝子(ラットのKCNQ1遺伝子)のsiRNAをデザインし、トランスフェクション用試薬(Lipofectamine2000)を用いてトランスフェクションし、48〜72時間後にトータルRNAを回収しTaqManアッセイでKcnq1遺伝子の発現量を定量した。その結果、膵β細胞株INS−1細胞に投与した3種のsiRNAのいずれも、siRNAを投与していないネガティブコントロールに比してmRNAレベルで約70%の発現の減少、すなわち発現レベルが約30%に低下したことが確認された(図3)。
実施例1と同様にして、集団1〜3とは異なる新たな集団4(2型糖尿病患者1000人と非罹患者1000人)のKCNQ1遺伝子のSNPsを測定し、得られたデータを基に相関解析を実施した。実施例1の解析結果と同様に、KCNQ1遺伝子内のNCBI SNP Database登録番号rs151290、rs2237895およびrs2237892のいずれのSNPsも2型糖尿病患者に強い相関を示した(表3)。したがって、集団4の解析結果は、実施例1の解析結果と非常に高い再現性を示す結果といえる。
実施例4と同様に、集団4(2型糖尿病患者1000人と非罹患者1000人)のEIF2AK4遺伝子のNCBI SNP Database登録番号rs2250402のSNPを測定し、得られたデータと集団2および3の測定データを合わせて相関解析した。その結果、p値は3.4×10−5であり、上記SNPが2型糖尿病患者に強い相関を示した。
実施例3と同様に、EIF2AK4遺伝子の発現を変化させる物質のスクリーニング系について検討した。Eif2ak4遺伝子(ラットのEIF2AK4遺伝子)のsiRNAをデザインし(配列表の配列番号4〜6)、トランスフェクション用試薬(Lipofectamine2000)を用いて2通りの継代数の膵β細胞株INS−1細胞にトランスフェクションし、48〜72時間後にトータルRNAを回収しTaqManアッセイでEIF2AK4遺伝子の発現量を定量した。その結果、膵β細胞株INS−1細胞に投与した3種のsiRNAのいずれも、siRNAを投与していないネガティブコントロールに比してmRNAレベルで約70−90%の発現の減少が確認された(図4)。
Claims (5)
- 被験者から採取されたDNA含有試料において、KCNQ1遺伝子に存在する1以上の多型を検出することを含み、
前記多型が、NCBI SNP Databaseにおける登録番号rs151290、rs163184、rs2237895およびrs2237892で示される多型と連鎖不均衡係数D'が1の連鎖不均衡状態にある多型である、上記被験者の2型糖尿病に対する遺伝的感受性の検査方法。 - 被験者から採取されたDNA含有試料において、KCNQ1遺伝子に存在する多型であって、一方のアリール頻度が、任意の2型糖尿病非罹患者集団におけるよりも任意の2型糖尿病患者集団において高い多型からなる群より選ばれる1以上の多型を検出することを含み、
前記多型が、NCBI SNP Databaseにおける登録番号rs151290、rs163184、rs2237895およびrs2237892で示される多型と連鎖不均衡係数D'が1の連鎖不均衡状態にある多型である、上記被験者の2型糖尿病に対する遺伝的感受性の検査方法。 - NCBI SNP Databaseにおける登録番号rs2307027、rs3741872、rs574628、rs2233647、rs3785233およびrs2075931で示される多型と連鎖不均衡係数D'が1の連鎖不均衡状態にある多型であって、一方のアリール頻度が、任意の2型糖尿病非罹患者集団におけるよりも任意の2型糖尿病患者集団において高い多型からなる群より選ばれる1以上の多型を検出することをさらに含む、請求項1又は2項に記載の方法。
- NCBI SNP Databaseにおける登録番号rs151290、rs163184、rs2237895、およびrs2237892で示される多型と連鎖不均衡係数D'が1の連鎖不均衡状態にある多型からなる群より選ばれる1以上の多型を検出し得る1以上の核酸プローブおよび/またはプライマーを含む、2型糖尿病に対する遺伝的感受性の検査用キット。
- NCBI SNP Databaseにおける登録番号rs2307027、rs3741872、rs574628、rs2233647、rs3785233およびrs2075931で示される多型と連鎖不均衡係数D'が1の連鎖不均衡状態にある多型からなる群より選ばれる1以上の多型を検出し得る1以上の核酸プローブおよび/またはプライマーをさらに含む、請求項4項に記載のキット。
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