JP5926183B2 - 疾患関連kirハプロタイプの決定 - Google Patents
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Description
ナチュラルキラー(NK)細胞は先天性免疫系の一部であり、感染や腫瘍に対する早期防御に特化している。NK細胞は当初、腫瘍細胞標的を死滅させる能力を有することから発見された。細胞溶解性のT細胞とは異なり、NK細胞は非主要組織適合(遺伝子)複合体(非MHC)標的に限定してこれを死滅させることができる。先天性免疫系の重要な要素の一つであるNK細胞は、ヒト体内の総循環リンパ球の約10%を占める。
ナチュラルキラー細胞免疫グロブリン様受容体(natural killer cell immunoglobulin-like receptor:KIR)遺伝子ファミリーは、ナチュラルキラー(NK)細胞の表面上に見られる重要なタンパク質をコードする複数の受容体ファミリーのうちの1つである。KIR遺伝子のサブセットである抑制性KIRは、ヒトMHCにコードされるHLAクラスI分子と相互作用する。斯かる相互作用によって、NK細胞と体内の他の細胞(例えば正常細胞、ウイルス感染細胞、癌細胞等)とのコミュニケーションが可能になる。NK細胞上のKIR分子と他の細胞上のHLAクラスI分子との斯かるコミュニケーションは、体内の細胞がNK細胞により自己又は非自己として認識されるか否かの決定に関与している。「非自己」と見做された細胞は、NK細胞の標的となって殺される。
KIR遺伝子ファミリーは16の遺伝子(KIR2DL1, KIR2DL2, KIR2DL3, KIR2DL4, KIR2DL5A, KIR2DL5B, KIR2DS1, KIR2DS2, KIR2DS3, KIR2DS4, KIR2DS5, KIR3DL1/S1, KIR3DL2, KIR3DL3, KIR2DP1及びKIR3DP1)からなる。KIR遺伝子クラスターは、19番染色体上(19q13.4)に位置する白血球受容体複合体(Leukocyte Receptor Complex:LRC)の100〜200kbの領域内に位置している(rowsdale J. (2001) Genetic and functional relationships between MHC and NK receptor genes. Immunity, Sep;15(3):363-374)。この遺伝子複合体は、進化過程での哺乳類及び齧歯類間の分岐後に生じた遺伝子重複によって生じたものと考えられている(Barten R., et al. (2001) Divergent and convergent evolution of NK-cell receptors. Trends Immunol., Jan;22(l):52-57)。KIR遺伝子は、僅か2.4kbの配列により隔てられた頭尾配置を取るが、3DP1と2DL4との間にある14kbの配列は除かれる。KIR遺伝子は遺伝子重複により生じたので、これらは配列が非常に類似しており、互いに90〜95%の同一性を示す。継承されるKIR遺伝子の数や型はヒト個体により異なる。KIR遺伝子型は個体間及び民族内で大きく異なる場合がある(Parham P. (2005) Immunogenetics of killer cell immunoglobulin-like receptors. Molecular immunology, Feb;42(4):459-462; and Single RM, et al. (2007) Global diversity and evidence for coevolution of KIR and HLA, Nature genetics, Sep;39(9):l 114-1119)。染色体レベルでは、異なる2種のKIRハプロタイプが存在する(図1参照。出典はMartin et al. Immunogenetics. (2008) Dec;60(12):767-774)。ハプロタイプAには、2DS4以外の刺激性KIR遺伝子(2DS及び3DS1)も、2DL5遺伝子も、2DL2遺伝子も含まれない。ハプロタイプBに含まれる遺伝子はより多様であり、異なるハプロタイプBには異なる数の刺激性遺伝子(1又は2の2DL5遺伝子等)が含まれる(Martin MP, et al. (2008) KIR haplotypes defined by segregation analysis in 59 Centre d'Etude Polymorphisme Humain (CEPH) families. Immunogenetics, Dec;60(12):767-774.)
ヒト疾患におけるKIRの役割を調査するための複数の研究により、種々のKIR遺伝子と、CMV、HCV、及びHIV等のウイルス感染、自己免疫疾患、癌並びに子癇前症との関係が証明されてきた(Parham P. (2005) MHC class I molecules and KIRs in human history, health and survival. Nature reviews, Mar;5(3):201-214)。炎症性自己免疫腸疾患(inflammatory autoimmune bowel disease)であるクローン病に関する近年の研究では、KIR2DL2及びKIR2DL3がヘテロ接合性であり、C2リガンドがホモ接合性である患者は疾患に罹り易いのに対して、C1リガンドは保護性であることが明らかとなった(Hollenbach J A et al. (2009) Susceptibility to Crohn's Disease is mediated by KIR2DL2/KIR2DL3 heterozygosity and the HLAC ligand. Immunogenetics. Oct;61(10):663-71)。その他、KIRと急性骨髄白血病(AML)のための非血縁造血細胞移植(HCT)とに関する複数の研究では、A/Aドナーと比較して、B/xドナーでは3年間の全生存率が有意に高く、無再発生存率のリスクにも30%の改善が見られたことが示されている(Cooley S, et al. (2009) Donors with group B KIR haplotypes improve relapse- free survival after unrelated hematopoietic cell transplantation for acute myelogenous leukemia. Blood. Jan 15;113(3):726-732;及び Miller JS, et al. (2007) Missing KIR- ligands is associated with less relapse and increased graft versus host disease (GVHD) following unrelated donor allogeneic HCT. Blood, 109(11):5058-5061)。斯かる研究は、患者及び対照のKIR遺伝子型に関する知識に基づいて行われてきたが、KIRの対立遺伝子のレベルでは行われていない。多くの特異的HLA対立遺伝子がヒトの疾患に重要であることが示されており(例えばHLA-DR3及びHLA-DR4とI型糖尿病との関係、HLA-DR8と若年性関節リウマチとの関係等)、KIRの遺伝子型を対立遺伝子レベルで同定することができれば、KIRとヒト疾患との関連付けに関する研究はより洗練されるであろう。
用語「対立遺伝子」(allele)は、遺伝子の配列変異体を意味する。遺伝子上の少なくとも1つの相違が対立遺伝子を構成し得る。KIR遺伝子の場合、通常は遺伝子上の複数の差異が、1つの対立遺伝子を構成する。
個々のKIR遺伝子の配列を一度に一つずつ決定する手法によって報告されてきたKIR遺伝子の対立遺伝子は多数にのぼるが(表1:対立遺伝子数335)、患者の試料内に存在する全てのKIR対立遺伝子を一度で効率的に決定することが可能な方法は、これまで開発されていなかった。
本発明の方法では、個体由来の各試料の各KIRエキソンが増幅される。本発明の方法に使用されるプライマーは、KIRプライミング領域(別名KIR特異領域)を含む。KIR特異領域は所望のKIR配列(例えばエキソン、エキソンの一部、又はエキソンとイントロンの一部等)に結合する。ある実施形態によれば、プライマーは、単一のKIR遺伝子に対して特異性を有する。即ち、プライマーは、単一のKIR遺伝子のエキソン又はエキソンの多型領域を、特異的に標的化して増幅する。他の実施形態によれば、プライマーは全てのKIR遺伝子に対し汎用である。即ち、全てのKIR遺伝子にある同一のエキソンにハイブリダイズして増幅させる。ある実施形態によれば、プライマーはイントロン配列の一部を含んでいてもよい。場合によっては、イントロン配列は、配列を割り当てるべきKIR遺伝子を同定するのに有用である。ある実施形態によれば、他の全てのKIR遺伝子と実質的に異なるイントロン配列を有するKIR遺伝子(例えば遺伝子KIR2DL4)のエキソンを増幅するべく、別のプライマーの組を加えてもよい。
KIRアンプリコンは任意の種類の増幅反応によって得ることができる。本発明では、KIRアンプリコンは通常、上述のプライマー対を用いたPCRによって形成される。通常は「高忠実度」(high-fidelity)核酸ポリメラーゼ、即ち低エラー率のポリメラーゼを使用することが好ましい。例としては高忠実度Taqポリメラーゼ(Roche Diagnostics)が挙げられる。
個体DNA分子の配列決定データが得られたら、エキソン配列を一義的に決定する。HLA等の既知の遺伝子の中には、配列ファイルをHLA配列データベースと比較することにより、対立遺伝子配列が確立できるものもある。しかし、KIR遺伝子の場合は、配列データベースが未完成である。
一実施形態によれば、本発明は、KIR配列決定用のオリゴヌクレオチドプライマーのセットを提供する。このセットは、KIR遺伝子の特定の部分を増幅するプライマーを含む。より具体的には、このセットは、KIR遺伝子のエキソン又はエキソンの一部の増幅に適した、1又は2以上のプライマー対を含む。ある実施形態によれば、このセットは、患者に存在する各KIR遺伝子内の各エキソン(又は各エキソンの一部)を増幅するためのプライマー対を含む。このセットのプライマーは、全てのKIR遺伝子に汎用である、即ち、全てのKIR遺伝子内の同じエキソンを増幅可能であることが(必須ではないが)好ましい。これらのプライマーは更に、エマルジョンPCR及び高スループットクローン配列決定に有用な付加配列を含む。これらの付加配列は、個体識別タグ(MIDタグ)と、(ライブラリータグを含む)アダプターとを含む。
一実施形態によれば、本発明は、KIR配列決定用の反応混合物である。この反応混合物は、KIR遺伝子の特定の部分を増幅するプライマーのセットを含む。反応混合物中のプライマーは、エマルジョンPCR及び高スループットクローン配列決定に有用な付加配列を含んでいてもよい。この付加配列には、例えば、MIDタグ、アダプター、及びライブラリータグが含まれる。
ある実施形態によれば、本発明は、個体のKIR遺伝子型を検出することにより、個体の疾病又は状態に対する素因を検出する方法に関する。
実施例1:個体試料中の全KIR遺伝子内のエキソン5配列の取得
例として、KIR遺伝子内の9つのエキソン全ての増幅に適した13のプライマー対を表2に列記する。各プライマーセットは、KIR遺伝子内の単一のエキソンと、更にイントロン配列を増幅する。
Claims (12)
- 1又は2以上の個体の全てのKIR遺伝子の少なくとも1つのエキソンを分析することにより、前記1又は2以上の個体のKIR遺伝子型を並行して決定する方法であって:
(a)各個体について、アダプター配列と、個体識別配列と、KIRハイブリダイズ配列とを夫々含むフォワードプライマー及びリバースプライマーからなるプライマー対を少なくとも1対用いて増幅反応を実施し、多型部位を含むKIR遺伝子のエキソン配列を増幅してKIRアンプリコンを取得し;
(b)工程(a)で得られた前記1又は2以上の個体の各々由来のKIRアンプリコンをプールし;
(c)エマルジョンPCRを実施し;
(d)ピロシーケンスを用いて、各個体の各KIRアンプリコンの配列を並行して決定し;及び
(e)工程(d)で決定されたKIRアンプリコンの配列を既知のKIR配列と比較することにより、KIR対立遺伝子を各個体に割り当て、どのKIR対立遺伝子が当該個体に存在するのかを決定すること、
を含み、
前記プライマー対のうち少なくとも1対が、全てのKIR遺伝子又はそのサブセットに汎用であると共に、前記KIR遺伝子の各々の前記少なくとも1つのエキソンの各々が、前記アンプリコンから遺伝子型を一義的に決定するのに十分な特異性を以って増幅されるように、前記フォワードプライマー及びリバースプライマーが選択されると共に、
少なくとも1つのプライマー対が、下記A群から選択されるKIR結合領域の配列の対を有し、且つ、少なくとも1つのプライマー対が、下記B群から選択される個体識別タグの対を有する、方法。
- 各個体に存在するKIRハプロタイプを決定することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 工程(a)が更に前記KIRアンプリコンの濃度を決定することを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 工程(e)で対立遺伝子KIRDL1が発見された場合に、個体に子癇前症の素因があると決定する工程(f)を更に含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(e)で対立遺伝子KIRD2DS1が発見された場合に、個体に自己免疫疾患の素因があると決定する工程(f)を更に含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(e)でグループBのKIR対立遺伝子が発見された場合に、個体が造血幹細胞の適切な非血縁ドナーであると決定する工程(f)を更に含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 個体のHLA遺伝子型を決定する工程(f)を更に含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(e)で対立遺伝子KIRDL1が発見され、且つ、工程(f)で対立遺伝子HLA−C1が発見された場合に、個体にHCV感染を除去する素因があると決定する工程(g)を更に含む、請求項7に記載の方法。
- 工程(e)で対立遺伝子KIR3DS1が発見され、且つ、工程(f)で対立遺伝子HLA−Bw4が発見された場合に、個体にHIV感染からAIDSへの緩慢な進行の素因があると決定する工程(g)を更に含む、請求項7に記載の方法。
- 対立遺伝子KIR2DL2及びKIR2DL3が工程(e)で発見され、且つ、工程(f)で対立遺伝子HLA−C2が発見された場合に、個体にクローン病の素因があると決定する工程(g)を更に含む、請求項7に記載の方法。
- 1又は2以上の個体の全てのKIR遺伝子の少なくとも1つのエキソンを分析することにより、前記1又は2以上の個体のKIR遺伝子型を並行して決定するためのKIRアンプリコンを得るためのキットであって、
アダプター領域と、個体識別タグと、KIRハイブリダイズ領域とを含むフォワードプライマー、及び、
アダプター領域と、個体識別タグと、KIRハイブリダイズ領域とを含むリバースプライマー
からなるプライマー対を少なくとも1対含み、
前記プライマー対のうち少なくとも1対が、全てのKIR遺伝子又はそのサブセットに汎用であると共に、前記KIR遺伝子の各々の前記少なくとも1つのエキソンの各々が、前記アンプリコンから遺伝子型を一義的に決定するのに十分な特異性を以って増幅されるように、前記フォワードプライマー及びリバースプライマーが選択されると共に、
少なくとも1つのプライマー対が、下記A群から選択されるKIR結合領域の配列の対を含み、且つ、少なくとも1つのプライマー対が、下記B群から選択される個体識別タグの対を含む、キット。
- 1又は2以上の個体の全てのKIR遺伝子の少なくとも1つのエキソンを分析することにより、前記1又は2以上の個体のKIR遺伝子型を並行して決定するためのKIRアンプリコンを得るための反応混合物であって、
アダプター領域と、個体識別タグと、KIRハイブリダイズ領域とを含むフォワードプライマー、及び、
アダプター領域と、個体識別タグと、KIRハイブリダイズ領域とを含むリバースプライマー
からなるプライマー対を少なくとも1対含み、
前記プライマー対のうち少なくとも1対が、全てのKIR遺伝子又はそのサブセットに汎用であると共に、前記KIR遺伝子の各々の前記少なくとも1つのエキソンの各々が、前記アンプリコンから遺伝子型を一義的に決定するのに十分な特異性を以って増幅されるように、前記フォワードプライマー及びリバースプライマーが選択されると共に、
少なくとも1つのプライマー対が、下記A群から選択されるKIR結合領域の配列の対を含み、且つ、少なくとも1つのプライマー対が、下記B群から選択される個体識別タグの対を含む、反応混合物。
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