JP6035634B2 - 前立腺癌における再発性遺伝子融合 - Google Patents

前立腺癌における再発性遺伝子融合 Download PDF

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Description

本出願は、2005年9月12日申請の米国特許仮出願第60/716,436号、2006年3月3日申請の特許仮出願第60/779,041号、2005年10月27日申請の特許仮出願第60/730,358号、および2006年4月28日申請の特許仮出願第60/795,590号に基づく優先権を主張する、2006年9月12日申請の出願第11/519,397号の一部継続出願である、2007年7月6日申請の年米国特許出願第11/825,552号に基づき、その優先権を主張する。ここで、これらの特許出願の全容を参照により援用する。
本発明は、米国国立衛生研究所により授与されたCA069568およびCAl111275に基づく米国政府の支援のもとに実施されたものであり、本政府は本発明に何らかの権利を有する。
発明の属する分野
本発明は、癌の診断、研究、および治療に関する組成物および方法に関するものであり、これらには限定されないが、癌マーカー等を含む。特に本発明は、診断用マーカーとしての再発性遺伝子融合および前立腺癌に対する臨床標的に関する。
発明の背景
癌研究における主なる目的は、発癌において必然的に発癌に結びつく異常な遺伝子を同定することである。これまで同定された体細胞変異の数種として、塩基置換、挿入、欠失、転位、そして染色体増加および消失があり、これらのいずれもが、癌遺伝子または腫瘍抑制遺伝子の異常活性を生じる。1900年代初期に仮説が立てられ、癌における染色体再編成についての原因となる役割に関する有力な証拠が現在ある(Rowley,Nat Rev Cancer 1:245(2001)(非特許文献1))。再発性染色体異常は、主として、白血病、リンパ腫、および肉腫の特徴であると考えられた。より一層一般的で、ヒトの癌に伴う罹患率および死亡率の比較的大部分に寄与する上皮腫瘍(癌腫)は、既知のもの1%未満であり、疾患特異性染色体再編成である(Mitelman,Mutat Res 462:247(2000)(非特許文献2))。血液悪性腫瘍が平衡のとれた疾患特異性染色体再編で特徴付けられることが多いのに対し、多くの固形腫瘍は非特異性染色体異常の過多を有する。固形腫瘍の核型の複雑性は、癌の進化または進行を通じて取得した第2の変化によるものであると考えられている。
染色体再編成に関して2つの主要機構が述べられてきた。一機構では、1つの遺伝子のプロモーター/エンハンサーエレメントは、原癌遺伝子に隣接して再配列され、これにより発癌性タンパク質の異常発現を引き起こす。この種の転位は、免疫グロブリン(IG)とT細胞受容体(TCR)遺伝子の、BおよびT細胞悪性腫瘍それぞれにおけるこの癌遺伝子の活性化をもたらすMYCへの並置で例示される(Rabbitts,Nature 372:143(1994)(非特許文献3))。第2の機構においては、再配列は2つの遺伝子の融合を生じ、これにより新しい機能または異常活性を有する可能性のある融合タンパク質を生成する。この転位の原型の例は、慢性骨髄性白血病(CML)におけるBCR-ABL遺伝子融合である(Rowley,Nature 43:290(1973)(非特許文献4);de Klein et al.,Nature 300:765(1982)(非特許文献5))。重要なことに、この知見は、BCR-ABLキナーゼ(Deininger et al.,Blood 105:2640(2005)(非特許文献6))をうまく標的にするメチル酸イマチニブの合理的開発へと導いた(Gleevec)。従って通常の上皮腫瘍における再発性遺伝子の再配列の同定は、患者の治療はもちろん癌治療薬の発見努力に対する深い意味がある可能性がある。
Rowley,Nat Rev Cancer 1:245(2001) Mitelman,Mutat Res 462:247(2000) Rabbitts,Nature 372:143(1994) Rowley,Nature 43:290(1973) de Klein et al.,Nature 300:765(1982) Deininger et al.,Blood 105:2640(2005)
いくつかの実施形態において、本発明は、患者から試料を採取する工程と、アンドロゲン制御遺伝子(ARG)(例えば、SLC45A3、HERV-K_22ql 1.23またはC15ORF21)またはハウスキーピング遺伝子(HG)(例えば、HNRP A2B1)の転写制御領域由来の5´部分と、ETSファミリーメンバー遺伝子(例えば、ETV1)由来の3´部分とを有する遺伝子融合の、試料中での存在または非存在を検出する工程であって、該工程において試料中の遺伝子融合の存在が患者の前立腺癌を示すものである工程とを含む、患者の前立腺癌を診断する方法を提供する。いくつかの実施形態において、ARGまたはHGの転写制御領域由来の5´部分は、ARGまたはHGのプロモーター領域を有する。いくつかの実施形態において、前記の検出工程は、ARGまたはHGの転写制御領域由来の5´部分とETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有するゲノムDNAの染色体再編成の検出を含む。いくつかの実施形態において、ゲノムDNAの染色体再編成の検出は、核酸配列決定法、核酸ハイブリッド形成法(例えば、インサイツハイブリダイゼーション(ISH)、マイクロアレイまたはサザンブロット)、または核酸増幅法(例えば、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT‐PCR)、転写介在増幅(TMA)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、鎖置換増幅(SDA)、または核酸配列ベース増幅(NASBA))を用いることを含む。いくつかの実施形態において、前記検出工程は、ARGまたはHGの転写制御領域由来の5´部分と、ETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有するキメラmRNA転写物を検出することを含む。いくつかの実施形態において、キメラmRNA転写物の検出は、核酸配列決定法、核酸ハイブリッド形成法(例えば、インサイツハイブリダイゼーション(ISH)、マイクロアレイまたはノーザンブロット法)、または核酸増幅法(例えば、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT‐PCR)、転写介在増幅(TMA)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、鎖置換増幅(SDA)、または核酸配列ベース増幅(NASBA))を用いることを含む。いくつかの実施形態において、試料は、組織、血液、血漿、血清、尿、尿の上澄み、尿細胞ペレット、精液、前立腺液、または前立腺細胞である。
また別の実施形態において、本発明は、患者から試料を採取する工程と、試料中の、アンドロゲン制御遺伝子(例えば、TMPRSS2またはSLC45A3)由来の5´部分と、ETV5由来の3´部分とを有する遺伝子融合の存在または非存在を検出する工程とを含み、試料中の遺伝子融合の存在がその患者の前立腺癌を示すものである、患者の前立腺癌を診断する方法を提供する。いくつかの実施形態において、ARGの転写制御領域由来の5´部分は、ARGプロモーター領域を有する。いくつかの実施形態において、前記検出工程は、ARGの転写制御領域由来の5´部分と、ETV5由来の3´部分とを有するゲノムDNAの染色体再編成の検出を含む。いくつかの実施形態において、ゲノムDNAの染色体再編成の検出は、核酸配列決定法、核酸ハイブリッド形成法(例えば、インサイツハイブリダイゼーション(ISH)、マイクロアレイまたはサザンブロット)、または核酸増幅法(例えば、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT‐PCR)、転写介在増幅(TMA)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、鎖置換増幅(SDA)、または核酸配列ベース増幅(NASBA))を用いることを含む。いくつかの実施形態において、前記検出工程は、ARGの転写制御領域由来の5´部分と、ETV5由来の3´部分とを有するキメラmRNA転写物を検出することを含む。いくつかの実施形態において、キメラmRNA転写物の検出は、核酸配列決定法、核酸ハイブリッド形成法(例えば、インサイツハイブリダイゼーション(ISH)、マイクロアレイまたはノーザンブロット法)、あるいは核酸増幅法(例えば、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT‐PCR)、転写介在増幅(TMA)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、鎖置換増幅(SDA)、または核酸配列ベース増幅(NASBA))を用いることを含む。いくつかの実施形態において、試料は、組織、血液、血漿、血清、尿、尿の上澄み、尿細胞ペレット、精液、前立腺液、または前立腺細胞である。
本発明のさらなる実施形態は、以下の記述および例に示している。
[請求項101]
(a)患者から試料を採取する工程と、
(b)SLC45A3、HERV-K_22qll.23、およびC15ORF21からなる群より選ばれるアンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域由来の5´部分と、ETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有する遺伝子融合の、前記試料中での存在または非存在を検出する工程と
を含み、試料中の遺伝子融合の存在がその患者の前立腺癌を示す、患者の前立腺癌を診断する方法。
[請求項102]
前記アンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域が、アンドロゲン制御遺伝子のプロモーター領域を含む、請求項101記載の方法。
[請求項103]
ETSファミリーメンバー遺伝子がETV1である請求項101記載の方法。
[請求項104]
前記工程(b)が、アンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域由来5´部分と、ETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有するゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項101記載の方法。
[請求項105]
前記工程(b)が、核酸配列決定法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項104記載の方法。
[請求項106]
前記工程(b)が、核酸ハイブリッド形成法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項104記載の方法。
[請求項107]
前記工程(b)が、インサイツハイブリダイゼーション(ISH)、マイクロアレイ、およびサザンブロットからなる群から選ばれる核酸ハイブリッド形成法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項106記載の方法。
[請求項108]
前記工程(b)が、核酸増幅法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項104記載の方法。
[請求項109]
前記工程(b)が、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT‐PCR)、転写介在増幅(TMA)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、鎖置換増幅(SDA)、および核酸配列ベース増幅(NASBA)からなる群より選ばれる核酸増幅法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項108記載の方法。
[請求項110]
前記工程(b)が、アンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域由来の5´部分とETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有するキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項101記載の方法。
[請求項111]
前記工程(b)が、核酸配列決定法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項110記載の方法。
[請求項112]
前記工程(b)が、核酸ハイブリッド形成法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項110記載の方法。
[請求項113]
前記工程(b)が、インサイツハイブリダイゼーション(ISH)、マイクロアレイおよびノーザンブロット法からなる群より選ばれる核酸ハイブリッド形成法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項112記載の方法。
[請求項114]
前記工程(b)が、核酸増幅法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項110記載の方法。
[請求項115]
前記工程(b)が、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT‐PCR)、転写介在増幅(TMA)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、鎖置換増幅(SDA)、および核酸配列ベース増幅(NASBA)からなる群より選ばれる核酸増幅法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項114記載の方法。
[請求項116]
前記試料が、組織、血液、血漿、血清、尿、尿の上澄み、尿細胞ペレット、精液、前立腺分泌物、および前立腺細胞からなる群より選ばれる、請求項101記載の方法。
[請求項117]
(a)患者から試料を採取する工程と、
(b)ハウスキーピング遺伝子の転写制御領域由来5´部分と、ETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有する遺伝子融合の、前記試料中での存在または非存在を検出する工程と
を含み、試料中の遺伝子融合の存在が患者の前立腺癌を示す、患者の前立腺癌を診断する方法。
[請求項118]
前記ハウスキーピング遺伝子がHNRP A2 B1である請求項117記載の方法。
[請求項119]
前記ETSファミリーメンバー遺伝子がETV1である請求項117記載の方法。
[請求項120]
前記ハウスキーピング遺伝子の転写制御領域が、ハウスキーピング遺伝子のプロモーター領域を含む、請求項117記載の方法。
[請求項121]
前記工程(b)が、ハウスキーピング遺伝子の転写制御領域由来の5´部分と、ETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有するゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項117記載の方法。
[請求項122]
前記工程(b)が、核酸配列決定法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項121記載の方法。
[請求項123]
前記工程(b)が、核酸ハイブリッド形成法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項121記載の方法。
[請求項124]
前記工程(b)が、インサイツハイブリダイゼーション(ISH)、マイクロアレイ、およびサザンブロット法からなる群より選ばれる核酸ハイブリッド形成法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項123記載の方法。
[請求項125]
前期工程(b)が、核酸増幅法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項121記載の方法。
[請求項126]
前記工程(b)が、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT‐PCR)、転写介在増幅(TMA)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、鎖置換増幅(SDA)、および核酸配列ベース増幅(NASBA)からなる群より選ばれる核酸増幅法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項125記載の方法。
[請求項127]
前記工程(b)が、ハウスキーピング遺伝子の転写制御領域由来の5´部分と、ETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有するキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項117記載の方法。
[請求項128]
前記工程(b)が、核酸配列決定法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項127記載の方法。
[請求項129]
前記工程(b)が、核酸ハイブリッド形成法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項127記載の方法。
[請求項130]
前記工程(b)が、インサイツハイブリダイゼーション(ISH)、マイクロアレイおよびノーザンブロット法からなる群から選ばれる核酸ハイブリッド形成法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項129記載の方法。
[請求項131]
前記工程(b)が、核酸増幅法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項127記載の方法。
[請求項132]
前記工程(b)が、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT‐PCR)、転写介在増幅(TMA)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、鎖置換増幅(SDA)、および核酸配列ベース増幅(NASBA)からなる群より選ばれる核酸増幅法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項131記載の方法。
[請求項133]
前記試料が、組織、血液、血漿、血清、尿、尿の上澄み、尿細胞ペレット、精液、前立腺分泌物、および前立腺細胞からなる群より選ばれる、請求項117記載の方法。
[請求項134]
(a)患者から試料を採取する工程と、
(b)アンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域由来5´部分と、ETV5由来の3´部分とを有する遺伝子融合の、前記試料中での存在または非存在を検出する工程と
を含み、試料中の遺伝子融合の存在が患者の前立腺癌を示す、患者の前立腺癌を診断する方法。
[請求項135]
前記アンドロゲン制御遺伝子が、TMPRSS2とSLC45A3とからなる群より選ばれる、請求項134記載の方法。
[請求項136]
前記アンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域が、アンドロゲン制御遺伝子のプロモーター領域を含む、請求項134記載の方法。
[請求項137]
前記工程(b)が、アンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域由来5´部分と、ETV5由来の3´部分とを有するゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項134記載の方法。
[請求項138]
前記工程(b)が、核酸配列決定法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項137記載の方法。
[請求項139]
前記工程(b)が、核酸ハイブリッド形成法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項137記載の方法。
[請求項140]
前記工程(b)が、インサイツハイブリダイゼーション(ISH)、マイクロアレイ、およびサザンブロットからなる群より選ばれる核酸ハイブリッド形成法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項139記載の方法。
[請求項141]
前記工程(b)が、核酸増幅法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項137記載の方法。
[請求項142]
前記工程(b)が、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT‐PCR)、転写介在増幅(TMA)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、鎖置換増幅(SDA)、および核酸配列ベース増幅(NASBA)からなる群より選ばれる核酸増幅法を利用してゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項141記載の方法。
[請求項143]
前記工程(b)が、アンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域由来5´部分と、ETV5由来の3´部分とを有するキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項134記載の方法。
[請求項144]
前記工程(b)が、核酸配列決定法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項143記載の方法。
[請求項145]
前記工程(b)が、核酸ハイブリッド形成法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項143記載の方法。
[請求項146]
前記工程(b)が、インサイツハイブリダイゼーション(ISH)、マイクロアレイおよびノーザンブロット法からなる群より選ばれる核酸ハイブリッド形成法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項145記載の方法。
[請求項147]
前記工程(b)が、核酸増幅法を利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項143記載の方法。
[請求項148]
前記工程(b)が、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT‐PCR)、転写介在増幅(TMA)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、鎖置換増幅(SDA)、および核酸配列ベース増幅(NASBA)からなる群より選ばれる核酸増幅法利用してキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項147記載の方法。
[請求項149]
前記試料が、組織、血液、血漿、血清、尿、尿の上澄み、尿細胞ペレット、精液、前立腺分泌物、および前立腺細胞からなる群より選ばれる、請求項134記載の方法。
マイクロアレイデータの癌の例外事象の解析(COPA)を示す。(A)2つの大量遺伝子発現研究におけるすべての解析試料から得られたETV1(図中左)およびERG(図中、中央)発現(正規化発現ユニット)を示す。(B)(A)に示すように、レーザーキャプチャーマイクロダイセクションからのデータ以外の試料を使用した。(C)(A)に示すように、複数の骨髄腫における免疫グロブリン重鎖プロモーター(IgH)への既知の転位を有する癌遺伝子(FGFR3およびCCNDl)を試験した。 前立腺癌(PCA)におけるTMPRSS2:ETV1およびTMPRSS2:ERG遺伝子融合の同定および特性決定を示す。(A)前立腺癌細胞株(DuCaP、LNCaPおよびVCaP)およびホルモン抵抗性転移性(MET)前立腺癌組織を、ERG(■)およびETV1(□)mRNA発現を定量的PCR(QPCR)により解析したものである。(B)LNCaP細胞と比較した、MET26におけるETV1エクソン2および3の過剰発現の消失。(C)TMPRSS2への遺伝子融合を明らかにする、MET26-LNにおけるETV1およびMET28-LNにおけるERGに対する、cDNA末端(RLM-RACE)の5´RNAリガーゼ介在性急速増幅の概略的結果。(D)MET26-LNおよびMET26-RPにおいて転位特異性QPCRを用いたTMPRSS2:ETV1発現の検証。(E)細胞株およびPCA試料において転位特異性QPCRを用いたTMPRSS2:ERG発現の検証。 TMPRSS2:ETV1遺伝子融合およびERG遺伝子再配列を確認する、ホルマリン固定 パラフィン包埋組織切片での間期蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)を示す。(A)および(B)は、TMPRSS2(緑シグナル)とETV1(赤シグナル)の融合を検出するための2色、融合シグナルアプローチを示す。(C)および(D)は、ERGの5´(緑シグナル)および3´(赤シグナル)領域に及ぶ2つのプローブを2色分断シグナルアプローチに用いたERG遺伝子再配列の検出を示す。(E)は、臨床的に局在化した前立腺癌(PCA)の13症例と転移性前立腺癌(MET)の16症例由来のコアを含む独立組織マイクロアレイに(A-D)と同じプローブを用いたFISH結果のマトリックス表示を示す。 TMPRSS2:ERG転位を保有する前立腺癌細胞におけるERGのアンドロゲン制御を示す。 癌の例外事象の解析(COPA)を示す。図5Aは、COPA解析の概略を示す。図5Bは、RUNXlTl(ETO)がValkらの急性骨髄性白血病データセット(n=293)における90パーセンタイルでの最も高いスコアの例外事象を有したことを示す。 TMPRSS2(TMPRSS2:ERGb融合)との遺伝子融合を明らかにする、MET26-LNにおけるETV1およびPCA4におけるERGについてのcDNA末端(RLM-RACE)のRNAリガーゼ介在性急速増幅結果の概略を示す。 前立腺癌におけるETSファミリーメンバーの過剰発現を示す。全体解剖組織(A)、またはレーザーキャプチャーマイクロダイセクションにより摘出した組織(B)由来のプロファイルした良性前立腺、前立腺上皮内腫瘍(PIN)、臨床的に局在化した前立腺癌、および転移性前立腺癌におけるモニターしたETSファミリーメンバーのすべての発現をOncomineを利用して描出したものである。 ETV4を過剰発現している、前立腺癌の症例におけるTMPRSS2およびETV4座位の過剰発現を示す。(A)は、プール良性前立腺組織(CPP)におけるETV4の図示のエクソンまたは領域、ETV4を過剰発現せず、TMPRSS2:ERG陽性(PCA1-2)または陰性(PCA3―4)であった前立腺癌、およびETV4超過剰発現を有する我々のLCMコホート由来の前立腺癌の症例(PCA5)の発現を示す。(B)は、RLM-RACEが、PCA5におけるTMPRSS2の上流の配列のETV4との融合を明らかにしている。(C)は、PCA5における、TMPRSS2:ETV4aおよびTMPRSS2:ETV4bのQPCRによる発現を示す。(D)は、ホルマリン固定パラフィン包埋組織での間期蛍光インサイツハイブリダイゼーションが、PCA5における、TMPRSS2およびETV4座位の融合を確認していることを示す。 例となるETSファミリー遺伝子のmRNA配列を示す。 図9-2は、図9-1の続きを示す図である。 図9-3は、図9-2の続きを示す図である。 図9-4は、図9-3の続きを示す図である。 図9-5は、図9-4の続きを示す図である。 図9-6は、図9-5の続きを示す図である。 図9-7は、図9-6の続きを示す図である。 図9-8は、図9-7の続きを示す図である。 図9-9は、図9-8の続きを示す図である。 図9-10は、図9-9の続きを示す図である。 図9-11は、図9-10の続きを示す図である。 図9-12は、図9-11の続きを示す図である。 図9-13は、図9-12の続きを示す図である。 図9-14は、図9-13の続きを示す図である。 図9-15は、図9-14の続きを示す図である。 図9-16は、図9-15の続きを示す図である。 図9-17は、図9-16の続きを示す図である。 図9-18は、図9-17の続きを示す図である。 図9-19は、図9-18の続きを示す図である。 図9-20は、図9-19の続きを示す図である。 TMPRSS2のmRNA配列を示す。 FISHによるTMPRSS2:ERG遺伝子融合解析を示す。図Aは、イデオグラム、TMPRSS2:ERG融合の間接的検出に関する分離分析を描いている。図Bは、間質細胞(左)および前立腺癌の腺(右)の間期核を示す。図Cは、テロメアプローブの損失により示される分離および同時欠失を示す前立腺癌の腺の間期核(100x、油浸対物レンズ倍率)である。図Dは、テロメアプローブの分離および損失のある2つの核を示す図Cの囲み部分の拡大図である(60x、油浸対物レンズ倍率)。 ERGおよびTMPRSS2間での21番染色体におけるゲノム欠失を示す。図Aは、6つの細胞株、13個の異種移植、および11の転移性PCA試料等の試料を、TMPRSS2:ERGおよびTMPRSS2:ETV1状態(陰性をグレーの棒状部分、陽性状態を青の棒状部分で示す)について、qPCRおよび/またはFISHにより特性決定した結果を示す。図Bは、図A中の緑の囲み部分の拡大図である。図Cは、図A中の黒の囲み部分の拡大図である。 臨床的に局在化した前立腺癌におけるTMPRSS2:ERG再配列を病理学的変数と関連させて示している。図Aは、TMPRSS2:ERG再配列が主要PCA試料の49.2%およびホルモン無処置の転移性LN試料の41.2%で確認されたことを示す。図Bは、TMPRSS2:欠失で再配列した腫瘍が、進行した腫瘍段階(p=0.03)のPCA症例の高い割合で観測される傾向にあったことを示す。 ERG(セントロメア)とTMPRSS2(テロメア)との間の21q22-23に位置する既知の遺伝子を示す。黒線上側の遺伝子は、5´セントロメアから3´テロメアに指向しており、黒線下側の遺伝子は、5´テロメアから3´セントロメアに指向している。図の下半分には、ERG座位の拡大図をFISHプローブで描出している。 欠失(右側の核)のあるTMPRSS2:ERG再配列および欠失のない(左側の核)TMPRSS2:ERG再配列を示す小領域のみを主に示す「異質性」前立腺癌の症例を示す。 8つの公開発現アレイデータセットにわたる、TMPRSS2およびERG間に位置する遺伝子のメタ分析を示す。 FISH分析が、疾病の進行に伴う、TMPRSS2:ERG遺伝子融合に伴う特性欠失を検出していることを示す。図AおよびBは、21番染色体q22.2上でのERG再配列を分析するため、ビオチン-14-dCTP標識BACクローンRP11-24A11(最終的には赤のシグナル生成するように結合)およびジゴキシゲニン-dUTP標識BACクローンRP11-137J13(最終的には緑のシグナルを生成するように結合)を有し、ERG座位の隣接するセントロメアおよびテロメア領域にそれぞれわたる、分離プローブシステムが使用されている。この分離プローブシステムを用いて、ERG再配列のない核は、2対の並置した赤および緑シグナルを示す。並置した赤-緑のシグナルは、黄色の融合シグナルを生成する(図B矢印)。図Cは、累積罹患率回帰モデルにおいて、TMPRSS2:ERGを累積罹患率または転移または前立腺癌特異的な死亡に関する決定因子とした評価を示す。 融合転写物のないFL11過剰発現を示す。 TMPRSS2-ERG+細胞におけるアンドロゲンによるERGタンパク質発現の誘発を示す。 内在性および融合ERGポリペプチドの模式図である。 ERG2に対する核相互作用因子を示す。 ペプチド抗体についての配列およびERGlに対するAquaProbeプローブ発生を示す。 ペプチド抗体に対する配列およびETV1に対するAquaProbeプローブ発生を示す。 ペプチド抗体に対する配列およびFL11に対するAquaProbeプローブ発生を示す。 ペプチド抗体に対する配列およびETV4に対するAquaProbeプローブ発生を示す。 LNCaP前立腺癌細胞株におけるETV1の過剰発現およびアンドロゲン制御を示す。図26Aは、VCaPおよびLNCaP前立腺癌細胞株におけるアンドロゲン制御遺伝子の発現シグネチャーを示す。図26Bは、VCaPおよびLNCaP細胞の両者におけるアンドロゲンによるPSA誘発の定量PCR(QPCR)による確認を示す。図26Cは、LNCaP細胞におけるアンドロゲンによるETV1誘発を示す。図26Dは、LNCaP細胞において顕著に過剰発現されていることを示す。 LNCaP細胞におけるETV1の再配列を示す。図27Aは、蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)についてプローブとして使用したBACの模式図である。図27Bは、RP11-124L22およびRP11-1149Jl3の、正常な末梢リンパ球(NPLs)における7番染色体への共存を示す。図27Cは、分裂中期スプレッド上(同図上)でのBAC#1およびBAC#4の局在化を示し、間期細胞(同図下)が、近接4倍体LNCaP細胞株において決定されている。図27Dは、RP11-124L22からのシグナルが、LNCaP細胞内の14番染色体に局在化されていることを示す。 ETV1座位全体がLNCaP細胞内の14番染色体に挿入されていることを示す。図28Aは、本実験で使用したBACの模式図である。図28Bは、分裂中期スプレッド(同図上)と間期細胞(同図下)におけるRP11-124L22(BAC#1)およびRP11-313C20(BAC#2)の局在化をLNCaP細胞内でのFISHで決定したことを示す。 LNCaP内でのETV1のsiRNAノックダウンを示す。 VCaPにおけるERGのsiRNAノックダウンを示す。 ウイルス過剰発現システムを示す。 遺伝子導入マウスの模式図である。 尿中のERGとETV1転写物の検出を示す。図33Aは、LNCaP(高ETV1発現)またはVCaP(高ERGおよびTMPRSS2:ERG発現)前立腺癌細胞におけるERGとETV1の検出を示す。 尿中のERGとETV1転写物の検出を示す。図33Bは、前立腺癌を有する疑いのある患者の尿中のERGとETV1の検出を示す。 前立腺癌におけるTMPRSS2:ETS遺伝子融合を検出するのに用いられるアッセイを示す。図34Aは、TMPRSS2およびERGについての分離アッセイを示す。1対の分断した5´および3´シグナルにより示されるように、ERG再配列陽性の症例(欠失なし)を同図左に示す。1つの3´シグナルの消失に示されるように、TMPRSS2再配列陽性の症例(欠失あり)を同図右に示す。図34Bは、TMPRSS2:ETV1遺伝子融合についての融合アッセイを示す。図34Cは、ETV4についての分離アッセイを示す。 FISHにより検出された、TMPRSS2、ERG、ETV1およびETV4再配列を示す。図35Aは、図34に示すアッセイにより検出された、TMPRSS2、ERG、ETV1およびETV4内の再配列についての結果の表を示す。図34Bは、Aに記載のように4つすべてのアッセイが評価できる38の症例からのTMPRSS2、ERG、ETV1およびETV4状態のヒートマップ表示である。図34Cは、不調和なTMPRSS2とETS再配列状態を有する症例のヒートマップ表示である。 本発明の遺伝子融合の配列を示す。 図36-2は、図36-1の続きを示す図である。 図36-3は、図36-2の続きを示す図である。 図36-4は、図36-3の続きを示す図である。 FLI-I発現分析についてのプライマーおよびプローブを示す。 前立腺特異的、またはアウトライアー腫瘍試料においてETV1に融合した偏在的に活性な制御エレメントの同定を示し、同図aはETV1アウトライアー例の同定、同図bは、アウトライアー例におけるETV1に融合した新規5´パートナーの構造、同図cは、プローブ5´を図示のパートナーへ、3´をETV1に用いたETV1融合のFISHによる確認である。同図dは、5´融合パートナーの組織特異性、同図eは、5´融合パートナーのアンドロゲン制御の評価を示す。 qPCRによる新規ETV1遺伝子融合の確認を示す。 FISHによる新規ETV1遺伝子融合の確認を示す。同図aは、間期FISHに対するプローブとして使用したETV1、HNRPA2B1、HERV-K_22ql1.23、C15ORF21およびSLC45A3への5´および3´に位置するBACの模式図である。同図b-dは、ホルマリン固定パラフィン包埋組織切片に対応する蛍光標識で示すようにBACを用いてFISHを実施したものであり、b)は、5´融合パートナーの分断シグナルアッセイ、c)は、5´パートナーとETV1の融合、そしてd)は、ETV1の分断シグナルアッセイである。 前立腺細胞でのETV1過剰発現が侵襲性を付与することを示す。同図aは、ETV1遺伝子融合産物(エクソン4-から既報の停止コドン)を発現しているアデノウイルスおよびレンチウイルスを示す。同図bは、良性不死化前立腺細胞株RWPEを図示のようにETV1または対照(GUS)レンチウイルスに感染させ、安定なクローンを作製し、改変基底膜を通した侵襲について分析した。同図cは、初代培養前立腺上皮細胞(PrEC)を図示のようにETV1またはLACZアデノウイルスに感染させ、侵襲について分析した。平均(n=3)+S.E.を示す。感染細胞の顕微鏡写真を差し込み図に示す。同図d〜eは、LNCaP細胞内のETV1のsiRNAノックダウンが侵襲を阻害していることを示す。LNCaP細胞をトランスフェクト試薬のみ(未処理)で処理、または図示のように、非標的またはETV1siRNAでトランスフェクトしたものを示す。同図dは、ETV1ノックダウンをqPCRで確認したものである(平均(n=4)+S.E.)。同図eは、細胞をbおよびcのように侵襲について分析したものである(平均(n=3)+S.E.)。同図fは、RWPE-ETV1およびRWPE-GUS細胞のアジレント社の全ゲノムマイクロアレイ上での分析結果である。RWPE-GUS細胞に比べてRWPE-ETV1内で過剰発現した遺伝子の分子概念解析のネットワーク図を示す。各ノードは、分子概念または生物学的に関連した遺伝子の組を表す。ノードの大きさは、前記概念の遺伝子数(例として、「RWPE-ETV1」および「細胞外基質」概念は、それぞれ527および186遺伝子を包含する)に比例する。概念の色は、その説明文に応じた概念の種類を示す。各端は、顕著なエンリッチメント(P<0.005)を表す。同図gは、RWPE-ETV1細胞内で過剰発現した侵襲に関与する選択した遺伝子のqPCRによる確認を示す。 前立腺内でETV1遺伝子融合産物を発現している遺伝子導入マウスは、マウス前立腺上皮内腫瘍(mPIN)を生じていることを示す。同図a-fは、形態学的評価のための、ARR2PB-ETV1前立腺のヘマトキシリンおよびエオシン染色を示す。同図cは、b図の高倍率図であり、挿入図にmPIN病変内の顕著な核小体を示している。同図dは、ARR2PB-ETV1マウス#3(33週)の腹側前立腺(VP)内に観測されるmPINの正常な腺および病巣を示す。同図eは、d図の高倍率図である。同図fは、単一の腺がmPINとともに、正常な上皮構造を示している。図の挿入部分は、矢印で示すmPINの病巣を示す。同図g-1は、平滑筋アクチン(SMA)を用いた免疫組織化学的検査が、良性腺(g)およびすべてのmPIN病変(h)の周囲の連続した繊維筋層を実証するのに対し、基底細胞マーカーサイトケラチン5(CK5)(i-j)およびp63(k-1)が、ARR2PB-ETV1マウス#3の背外側前立腺(DLP)における正常な腺(iおよびk)と比較して、mPIN病巣(jおよびl)内の周囲基底細胞が消失していることを実証している。a、b、およびdのもともとの拡大倍率は100倍であり、e-1の倍率は400倍である。 染色体再編成の特徴的なクラスが、前立腺癌におけるETS癌遺伝子を活性化していることを示す。 ETV1の過剰発現が増殖をもたらすまたは良性前立腺上皮細胞を形質転換しないことを示す。同図aでは、良性不死化前立腺細胞株RWPEが図示のようにETV1または対照(GUS)レンチウイルスに感染させ、安定なクローンを作製して増殖を評価した。同図bでは、初代培養前立腺上皮細胞(PrEC)を図示のようにETV1またはLACZアデノウイルスに感染させ、増殖を評価した。平均(n=3)+S.E.を示す。結果は、3つの独立した実験の典型的なものである。同図cでは、ETV1過剰発現はS期におけるRWPE細胞の割合を増加させていない。同図dでは、ETV1過剰発現はRWPE細胞の足場非依存性増殖を増強していない。 ETV1のshRNAノックダウンがLNCaP細胞における侵襲を阻害することを示す。同図aは、図示のように、対照LNCaP細胞、あるいは非標的またはETV1shRNAmirを発現しているレンチウイルスに感染したLNCaP細胞を、図41eに示すように、侵襲について評価したものである。平均(n=3)+S.E.を示す。同図bは、aからの得た感染細胞の顕微鏡写真である。 ETV1の過剰発現により増殖に係る概念の増殖低下を生じることを示す。 RWPE-ETV1細胞に過剰発現した侵襲関連の遺伝子の同定を示す。同図aは、RWPE-ETV1およびRWPE-GUS細胞のアジレント社の全ゲノムマイクロアレイ上での分析結果である。同図bは、RWPE-ETV1概念およびエンリッチメントネットワーク(enrichment network)(数で示す)中のその他の14概念のうち少なくとも5つにある遺伝子を同定するオーバーレイマップである。 ARR2PB-ETV1マウスの前立腺のmPINの領域におけるARR2PB-ETV1-FLAG発現の確認を示す。同図aは、ARR2PB-ETV1 マウス#4の腹側前立腺(VP)の低倍率拡大図であり、良性領域およびmPIN病巣を黄色および黒の矢印でそれぞれ示している。同図bは、a図の良性腺の高倍率拡大図であり、ETV1-FLAG発現の欠如を示す。同図cは、a図のmPIN腺の高倍率拡大図であり、ETV1-FLAG発現を実証している。 アンドロゲン制御遺伝子の発現を調節するLNCaP細胞のアンドロゲン欠乏を示す。 R1881がアンドロゲン応答性VCaP細胞株におけるETV1発現を誘導しないことを示す。 本発明のさらなる遺伝子融合の配列を示す。 図51-2は、図51-1の続きを示す図である。 本発明のまたさらなる遺伝子融合の配列を示す。 図52-2は、図52-1の続きを示す図である。 前立腺癌(PCA)の症例2つの同定であり、QPCRによるETV5アウトライアー発現を示す。図Bは、前記2症例についてのRACEで決定した融合転写物の構造を示す。
定義
本発明をより理解しやすくするため、いくつかの用語および表現を以下のように定義する。
本願明細書において使用されるように、「遺伝子融合」とは、第1の遺伝子の少なくとも一部が第2の遺伝子の少なくとも一部に融合することから生じるキメラゲノムDNA、キメラメッセンジャーRNA、切断されたタンパク質またはキメラタンパクを意味する。この遺伝子融合は、全遺伝子または遺伝子のエクソンを含んでいる必要はない。
本願明細書において使用されるように、「癌において上方制御された遺伝子」とは、その他の組織におけるレベルと比較して、癌(例えば、前立腺癌)において高レベルで発現される(例えば、mRNAまたはタンパク質発現)遺伝子を意味する。いくつかの実施形態において、癌において上方制御された遺伝子は、その他の組織での発現レベルに比べて、少なくとも10%、好ましくは少なくとも25%、より好ましくは少なくとも50%、またより好ましくは少なくとも100%、さらにまたより好ましくは少なくとも200%、および最も好ましくは少なくとも300%高いレベルで発現される。いくつかの実施形態において、前立腺癌で上方制御された遺伝子は、「アンドロゲン制御遺伝子」である。
本願明細書において使用されるように、「前立腺組織で上方制御された遺伝子」とは、その他の組織におけるレベルに比べて、前立腺組織で高レベルで発現される遺伝子(例えば、mRNAまたはタンパク質発現)を意味する。いくつかの実施形態において、前立腺組織で上方制御された遺伝子は、その他の組織での発現レベルに比べて、少なくとも10%、好ましくは少なくとも25%、より好ましくは少なくとも50%、またより好ましくは少なくとも100%、さらにまたより好ましくは少なくとも200%、および最も好ましくは少なくとも300%高いレベルで発現される。いくつかの実施形態において、前立腺組織で上方制御された遺伝子は、前立腺組織で排他的に発現される。
本願明細書において使用されるように、「高発現プロモーター」とは、遺伝子に融合した場合に、高発現プロモーターに融合していない場合の遺伝子の発現レベルに比べて、特定の組織(例えば、前立腺)内で高いレベル(例えば、少なくとも10%、好ましくは少なくとも25%、より好ましくは少なくとも50%、またより好ましくは少なくとも100%、さらにまたより好ましくは少なくとも200%、および最も好ましくは少なくとも300%を超えるレベル)でその遺伝子を発現させるプロモーターを意味する。いくつかの実施形態において、高発現プロモーターは、アンドロゲン制御遺伝子またはハウスキーピング遺伝子(例えば、HNRPA2B1)由来のプロモーターである。
本願明細書において使用されるように、「転写制御領域」とは遺伝子の発現を調節する(例えば、上方制御または下方制御)配列を有する遺伝子の領域を意味する。いくつかの実施形態において、遺伝子の転写制御領域は、5´非翻訳領域(5´UTR)とも呼ばれる遺伝子の非コード上流配列を有する。その他の実施形態において、この転写制御領域は、遺伝子のコード領域内またはイントロン(例えば、エンハンサー)内に位置する配列を有する。
本願明細書において使用されるように、「アンドロゲン制御遺伝子」とは、その発現がアンドロゲン(例えば、テストステロン)により誘導または抑制される遺伝子または遺伝子の一部を意味する。アンドロゲン制御遺伝子のプロモーター領域として、アンドロゲンまたはアンドロゲンシグナル分子(例えば、下流シグナル分子)と相互作用する「アンドロゲン応答エレメント」も含むこともある。
本願明細書において使用されるように、「検出する」、「検出用」または「検出」とは、発見または識別という一般的な行為、または検出可能に標識された組成物に関する特定の観察を意味する。
本願明細書において使用されるように、「遺伝子融合の少なくとも1つの生物学的活性を阻害する」とは、本発明(例えば、これらには限られないが、本外明細書中に記載の活性を含む)の遺伝子融合のどのような活性をも、直接的に遺伝子融合タンパク質に接触させ、遺伝子融合mRNAまたはゲノムDNAに接触させ、遺伝子融合ポリペプチドの立体構造変化を生じさせ、遺伝子融合タンパク質レベルを低下させ、あるいはシグナルパートナーとの遺伝子融合相互作用に干渉し、そして遺伝子融合標的遺伝子の発現に影響を及ぼすことにより低下させる各種薬剤を意味する。阻害剤としてまた、遺伝子融合生物学的活性を上流シグナル分子を妨害することで間接的に制御する分子も含む。
本願明細書において使用されるように、「siRNA」とは低分子干渉RNAを意味する。いくつかの実施形態において、siRNAは、約18〜25ヌクレオチド長の2本鎖または2本鎖領域を有し、siRNAは、およそ2つから4つの不対ヌクレオチド各鎖の3´末端に有することが多い。siRNAの2本鎖または2本鎖領域の少なくとも1つの鎖は、標的RNA分子に対し実質的相同あるいは実質的相補である。標的RNA分子に相補的な分子鎖は「アンチセンス鎖」であり、標的RNA分子に相同な分子鎖は、「センス」鎖であり、siRNAアンチセンス鎖に対しても相補的である。siRNAは、さらなる配列を有していてもよく、このような配列の非限定的な例として、ステムおよびその他の折り畳み構造はもちろん、連結配列またはループが挙げられる。siRNAは、無脊椎動物および脊椎動物におけるRNA干渉を引き起こす際、および植物における転写後の遺伝子発現抑制時の配列特異性RNAの分解を引き起こす際の重要な中間体として機能しているように思われる。
「RNA干渉」または「RNAi」とは、siRNAによる遺伝子発現の発現抑制または減少を意味する。これは、発現抑制された遺伝子の配列に対しその2本鎖領域において相同なsiRNAによって惹起された、動物や植物における配列特異性の転写後遺伝子発現抑制の過程である。この遺伝子は、その生命体に対して内在性または外来性であり、染色体に組込まれて存在していたり、あるいはゲノムに組込まれていないトランスフェクトベクターに存在してもよい。この遺伝子の発現は、完全または部分的に阻害されている。RNAiはまた、標的RNAの機能を阻害するとも考えられており、この標的RNAの機能は完全または部分的なものである。
本願明細書において使用されるように、「癌の段階」とは、癌の進行のレベルの定性的または定量的評価を意味する。癌の段階を決定するのに用いる基準としては、これらには限らないが、腫瘍の大きさおよび転移範囲(例えば、局在または遠隔転移)が挙げられる。
本願明細書において使用されるように、「遺伝子導入システム」とは、細胞または組織に核酸配列を有する組成物を送達する種々の手段を意味する。例えば、遺伝子導入システムとして、これらには限らないが、ベクター(例えば、レトロウイルス、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、およびその他の核酸ベースの送達システム)、裸の核酸の微量注入、ポリマーベースの送達システム(例えば、リポソームベースのおよび金属粒子ベースのシステム)、バイオリスティック注入等がある。本願明細書において使用されるように、「ウイルス遺伝子導入システム」とは、試料の所望の細胞または組織への送達を促進するためのウイルス成分(例えば、無傷ウイルス、改変ウイルス、および核酸またはタンパク質等のウイルス成分)を有する遺伝子導入システムを意味する。本願名細書において使用されるように、「アデノウイルス遺伝子導入システム」とは、アデノウイルス科に属する無傷のまたは変質ウイルスを有する遺伝子導入システムを意味する。
本願明細書において使用されるように、「部位特異的組換え標的配列」とは、組換え因子および組換えの起こる位置について認識配列を与える核酸配列を意味する。
本願明細書において使用されるように、「核酸分子」とは、これらには限られないが、DNAまたはRNA等の、各種核酸含有分子を意味する。この用語は、これらには限られないが、4-アセチルシトシン、8-ヒドロキシ-N6-メチルアデノシン、アジリジニルシトシン、シュードイソシトシン、5-(カルボキシヒドロキシlメチル)ウラシル、5-フルオロウラシル、5-ブロモウラシル、5-カルボキシメチルアミノメチル-2-チオウラシル、5 -カルボキシメチルアミノメチルウラシル、ジヒドロウラシル、イノシン、N6-イソペンテニルアデニン、1-メチルアデニン、1-メチルシュードウラシル、1-メチルグアニン、1-メチルイノシン、2,2-ジメチルグアニン、2-メチルアデニン、2-メチルグアニン、3-メチルシトシン、5-メチルシトシン、N6-メチルアデニン、7-メチルグアニン、5-メチルアミノメチルウラシル、5-メトキシ-アミノメチル-2-チオウラシル、β-D-マンノシルキューオシン、5´-メトキシカルボニルメチルウラシル、5-メトキシウラシル、2-メチルチオ-N6-イソペンテニルアデニン、ウラシル-5-オキシ酢酸 メチルエステル、ウラシル-5-オキシ酢酸、オキシブトキソシン、シュードウラシル、キューオシン、2-チオシトシン、5-メチル-2-チオウラシル、2-チオウラシル、4-チオウラシル、5-メチルウラシル、N-ウラシル-5-オキシ 酢酸 メチルエステル、ウラシル-5-オキシ酢酸、シュードウラシル、キューオシン、2-チオシトシン、および2,6-ジアミノプリン等の、DNAおよびRNAの既知の塩基類似体のすべてを網羅する。
「遺伝子」とは、ポリペプチド、PrE前駆体、またはRNA(例えば、rRNA、tRNA)の生成に必要なコード配列を有する核酸(例えば、DNA)配列を意味する。このポリペプチドは、その全長または断片の所望の活性または機能特性(例えば、酵素活性、リガンド結合、シグナル伝達、免疫原性等)が維持される限り、全長コード配列またはそのコード配列どの部分によってもコード化される。この用語はまた、構造遺伝子のコード領域、およびその遺伝子が全長mRNAの長さに対応するように、いずれかの末端で約1kbまたはそれ以上の距離で5´および3´両末端においうてコード領域に隣接して位置する配列も、網羅する。そのコード領域の5´位置にあってmRNA上に存在する配列は、5´非翻訳配列と呼ばれる。コード領域の3´または下流に位置しおよびmRNA上に存在する配列は、3´非翻訳配列と呼ばれる。「遺伝子」とは、cDNAおよび遺伝子のゲノム型の双方を包含する。遺伝子のゲノム型またはクローンは、「イントロン」、「介在領域」、または「介在配列」と呼ばれる非コード配列により分断されるコード領域を有する。イントロンは、核のRNA(hnRNA)に転写された遺伝子のセグメントであり、イントロンは、エンハンサー等の制御エレメントを有していてもよい。イントロンは、核または一次転写物から除去あるいは「スプライシングで切り出されて」おり、それゆえイントロンは、メッセンジャーRNA(mRNA)転写物には存在しない。mRNAは、翻訳時に、新生ポリペプチドにおけるアミノ酸の配列または順序を特定するように機能する。
本願明細書において使用されるように、「異種遺伝子」とは、天然の環境には存在しない遺伝子を意味する。例えば異種遺伝子として、ある種から別の種に導入された遺伝子が挙げられる。異種遺伝子としてまた、なんらかの方法(例えば、変異、複数の複製への付加、非未変性制御配列への結合等)により変容した生命体にネイティブな遺伝子も含む。異種遺伝子は、異種遺伝子配列は、染色体の遺伝子配列と自然に関連して、あるいは天然には存在しない染色体の部分に関連して(例えば、遺伝子が通常発現されない座位に発現する遺伝子)みられないDNA配列に通常結合している点で、内在性遺伝子とは区別される。
本願明細書において使用されるように、「オリゴヌクレオチド,」とは、1本鎖ポリヌクレオチド鎖の長さの短いものを意味する。オリゴヌクレオチドは、通常200残基長(例えば、15〜100の間)未満であるが、本願明細書において使用されるように、この用語は、より大きなポリヌクレオチド鎖も包含するように意図している。オリゴヌクレオチドは、これらの長さにより称されることが多い。例えば、24残基オリゴヌクレオチドは「24量体」と呼ばれる。オリゴヌクレオチドは、自己ハイブリッド形成またはその他のポリヌクレオチドに対してハイブリッド形成することで2次および3次構造を形成することができる。このような構造として、これらには限らないが、2本鎖、ヘアピン、十字型、屈曲、および3本鎖が挙げられる。
本願明細書において使用されるように、「相補」または「相補性」の語は、塩基対則に関連してポリヌクレオチド(すなわち、ヌクレオチドの配列)を参照するのに用いられる。例えば、配列「5´-A-G-T‐3´」は、配列「3´-T‐C‐A-5´」に対し相補である。相補性は、核酸の塩基のいくつかが塩基対則に従って対応している、「部分的」なものであってもよい。あるいは、核酸間で「完全」または「総」相補性があってもよい。核酸鎖間の相補性の度合いは、核酸鎖間のハイブリッド形成の効率や強度に顕著な効果を有する。このことは、核酸間の結合に依存する検出方法はもとより、増幅反応にも特定の重要性を有する。
「相同性」とは、相補性の度合いを意味する。部分相同性や完全相同性(すなわち同一性)がある。部分的相補配列とは、完全相補核酸分子の標的核酸へのハイブリッド形成を少なくとも部分的に阻害する核酸分子であり、「実質的相同」である。標的配列に対し完全相補の配列のハイブリッド形成の阻害は、低厳密条件下でのハイブリッド形成分析(サザンまたはノーザンブロット法、溶液ハイブリッド形成等)を用いて調べることができる。実質的相同配列またはプローブは、低厳密条件下で標的に対し完全相同核酸分子結合(すなわち、ハイブリッド形成)に対し競合または阻害する。このことは低厳密条件が非特異性結合が許容されるようなものであることを意味するのではなく、低厳密条件が、2つの配列が互いに結合することが所定の(すなわち選択的)相互作用であることを必要とするのである。非特異性結合の非存在は、実質的非相補(例えば、同一性が約30%未満)である第2の標的を用いることで試験でき、非特異性結合が存在しない場合、プローブの結合は第2の非相補標的に対してハイブリッド形成しない。
cDNAまたはゲノムクローン等の2本鎖核酸配列に関して使用する場合、「実質的相同」とは、上述のような低厳密条件下で本鎖核酸配列の一方または両方の鎖にハイブリッド形成できる各種プローブを意味する。
遺伝子は、一次RNA転写物の差次的スプライシングにより生成される複数のRNA種を産生することができる。同じ遺伝子のスプライス変異体であるcDNAは、配列同一性または完全相同性を有する(同じエクソンまたは両cDNA上の同一エクソンの部分の存在を示す)領域および完全非同一性を有する領域(例えば、cDNA1上にエクソン「A」の存在を示し、cDNA2はエクソン「B」を代わりに有する)を有することになる。2つのcDNAは配列同一性を有する領域を有するので、これらは共に全遺伝子または両cDNAにみられる配列を有する遺伝子の部分から誘導されるプローブにハイブリッド形成することになり、従ってこれら2つのスプライス変異体は、このようなプローブおよび互いに実質的相同である。
1本鎖核酸配列に関して使用される場合、「実質的相同」とは、上述のような低厳密性条件下で、1本鎖核酸配列とハイブリッド形成できる(すなわち、その補体である)各種プローブを意味する。
本願明細書において使用されるように、「ハイブリッド形成」は相補核酸の対形成に関して用いられる。ハイブリッド形成およびハイブリッド形成の強度(すなわち核酸間の会合強度)は、核酸間の相補の度合い、係る条件の厳密性、形成されるハイブリッドのT、および核酸内のG:C比等の因子により影響される。構造内に相補核酸の対形成を有する単一分子は、「自己ハイブリッド形成」しているといえる。
本願明細書において使用されるように、「厳密」の語は、核酸ハイブリッド形成を実施する際の温度、イオン強度、および有機溶媒等のその他の化合物の存在の条件について用いられる。「低厳密条件」下においては、対象とする核酸配列は、その完全補体、単一の塩基ミスマッチを有する配列、密接に関連した配列(例えば、90%またはそれ以上の相同性を有する配列)、および部分相同性のみを有する配列(例えば、50-90%の相同性を有する配列)とハイブリッド形成することになる。「中度の厳密条件」下においては、対象とする核酸配列は、その完全補体、単一の塩基ミスマッチを有する配列、および密接に関連した配列(例えば、90%またはそれ以上の相同性)とのみハイブリッド形成することになる。「高厳密条件」下においては、対象とする核酸配列は、その完全補体、および(温度等の条件によって)単一の塩基ミスマッチを有する配列とのみハイブリッド形成することになる。すなわち高厳密条件下では、単一の塩基ミスマッチを有する配列とのハイブリッド形成を排除するように、温度を上げることができる。
核酸ハイブリッド形成に関して適用される「高厳密条件」は、5倍濃度SSPE(43.8g/LのNaCl、6.9g/LのNaHPOOおよび1.85g/LのEDTA、pHはNaOHで7.4に調整)、0.5%SDS、5倍濃度デンハート試薬、および100μg/mL変性サケ精子DNAからなる溶液中42℃で結合またはハイブリッド形成させるのと同等の条件を含み、続いて0.1倍濃度SSPE、約500ヌクレオチド長のプローブを用いる場合には42℃で1.0%SDSを含む溶液中で洗浄する。
核酸ハイブリッド形成に関して適用される「中度厳密条件」は、5倍濃度SSPE(43.8g/LのNaCl、6.9g/LのNaHPOOおよび1.85g/LのEDTA、pHはNaOHで7.4に調整)、0.5%SDS、5倍濃度デンハート試薬、および100μg/mL変性サケ精子DNAからなる溶液中42℃で結合またはハイブリッド形成させるのと同等の条件を含み、続いて1.0倍濃度SSPE、約500ヌクレオチド長のプローブを用いる場合は42℃で1.0%SDSを含む溶液中で洗浄する。
「低厳密条件」は、5倍濃度SSPE(43.8g/LのNaCl、6.9g/LのNaHPO・HOおよび1.85g/1EDTA、pHはNaOHで7.4に調整)、0.1%SDS、5倍濃度デンハート試薬[50倍濃度デンハート液は、500mLあたり、5gのフィコール(#400;ファルマシア社)、5gのBSA(フラクションV;シグマ社)を含有]、および100μg/mL変性サケ精子DNAからなる溶液中42℃で結合またはハイブリッド形成させるのと同等の条件を含み、続いて5倍濃度SSPE、約500ヌクレオチド長のプローブを用いる場合42℃で0.1%SDSを含む溶液中で洗浄する。
当該技術分野では、数多くの同等の条件が低厳密条件を含むように適用できることがよく知られており、プローブの長さや性質(DNA、RNA、塩基組成)、および(溶液中に存在または固定化されたDNA、RNA、塩基組成等)標的の性質、および塩およびその他の成分の濃度(例えば、ホルムアルデヒド、デキストラン硫酸、ポリエチレングリコールの存在または非存在)等の因子を考慮し、そのハイブリッド形成溶液は、上述の条件とは異なるが同等の低厳密ハイブリッド形成の条件をつくるのに異なる可能性がある。さらにまた、当該技術分野では、高厳密条件(例えば、ハイブリッド形成および/または洗浄工程の昇温や、ハイブリッド形成溶液中でのホルムアルデヒドの使用等)(「厳密」については上記定義を参照のこと)下でハイブリッド形成を促進する条件が知られている。
本願明細書において使用されるように、「増幅オリゴヌクレオチド」とは、標的核酸またはその補体とハイブリッド形成し、核酸増幅反応に関与するオリゴヌクレオチドをヌクレオチドを意味する。増幅オリゴヌクレオチドの例として、鋳型核酸とハイブリッド形成し、かつ増幅過程でポリメラーゼにより伸長される3´OH末端を有する「プライマー」がある。増幅オリゴヌクレオチドの別の例として、(例えば、3´封止末端を有するため)ポリメラーゼによって伸長されないが、増幅に関与または促進するオリゴヌクレオチドがある。増幅オリゴヌクレオチドは、改変ヌクレオチドまたは類似体、または増幅反応に関与するが標的核酸に対して相補的でないまたはこれに含まれていないさらなるヌクレオチドを適宜含んでいてもよい。増幅オリゴヌクレオチドは、その標的または鋳型配列に対して相補的でない配列を有していてもよい。例えば、プライマーの5´領域は、標的核酸に対して非相補的なプロモーター配列を有していてもよい(「プロモーター-プライマー」と呼ばれる)。当業者ならば、プライマーとして機能する増幅オリゴヌクレオチドは、5´プロモーター配列を有するように改変でき、これによりプロモーター-プライマーとして機能することが理解できよう。同様に、プロモーター-プライマーは、プロモーター配列の除去あるいは同配列なしの合成により改変でき、プライマーとして依然機能する。3´封止増幅オリゴヌクレオチドは、プロモーター配列を与えることができ、重合の鋳型として使用できる(「プロモーター-プロバイダー」と称する)。
本願明細書において使用されるように、「プライマー」とは、オリゴヌクレオチドを意味し、精製された制限酵素消化物のように天然に存在してもよく、あるいは合成により生成され、核酸鎖に対し相補的であるプライマー伸長生成物の合成が誘導される条件下(すなわち、ヌクレオチドおよびDNAポリメラーゼ等の誘導物質、ならびに好適な温度およびpHの存在下)におかれた際に、合成開始点として作用できる。このプライマーは、増幅時の最大効率のために1本鎖であることが好ましいが、代わりに2本鎖であってもよい。2本鎖の場合、プライマーはまず伸長生成物の調製に使用する前に、その鎖を分離させるように処理する。好ましくは、プライマーは、オリゴデオキシリボヌクレオチドである。プライマーは、誘導物質の存在下で伸長生成物の合成を刺激するのに十分な長さを有する必要がある。このプライマーの正確な長さは、温度、プライマー源および方法の用途等、多くの因子に依存する。
本願明細書において使用されるように、「プローブ」とは、オリゴヌクレオチド(すなわち、1連のヌクレオチド)を意味し、精製された制限酵素消化物のように天然に存在してもよく、あるいは合成、組換え、またはPCR増幅により生成され、対象とする別のオリゴヌクレオチドの少なくとも1部とハイブリッド形成できる。プローブは1本鎖または2本鎖であってもよい。プローブは、特定の遺伝子配列の検出、同定、分離に有用である。本発明において使用される各種プローブは、各種の「レポーター分子」で標識され、その結果、これらには限られないが酵素(例えば、酵素ベースの組織化学的アッセイはもちろん、ELISA)、蛍光、放射性、および発光システム等の各種検出システムで検出可能となると考えられる。本発明を特定の検出システムまたは標識に限定することは意図していない。
「単離オリゴヌクレオチド」または「単離ポリヌクレオチド」のように、核酸に関連して用いられる「単離」という語は、同定され、少なくとも1つの成分またはその天然源に通常伴う混入物から分離されている核酸配列を意味する。単離核酸は、天然物とは異なる形態または設定で存在するようなものである。これに対し、DNAやRNAなどの核酸といった非単離核酸は、天然に存在する形態で存在する。例えば、所定のDNA配列(例えば、遺伝子)は隣接する遺伝子に近接する宿主細胞染色体上に見られ、特定のタンパク質をコードする特定のmRNA配列等のRNA配列は、タンパク質の多くをコードする数多くのその他のmRNAとの混合物として、細胞内に見られる。しかしながら、所定のタンパク質をコードする単離核酸の例として、核酸が天然の細胞の染色体位置とは異なる場合に所定のタンパク質を通常発現する細胞内の核酸、あるいは天然に存在するものとは異なる核酸配列の横に位置するものがある。単離核酸、オリゴヌクレオチド、またはポリヌクレオチドは、1本鎖または2本鎖の形態で存在している。単離核酸、オリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドがタンパク質を発現するのに利用される場合、オリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドは、少なくともセンスまたはコード鎖を有するが(すなわち、そのオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドが1本鎖)、センスおよびアンチセンス鎖の両者を有していてもよい(すなわち、オリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドは、2本鎖であってもよい)。
本願明細書において使用されるように、「精製(された)」または「精製する」とは、試料から成分(例えば、不純物)を除去することを意味する。例えば、抗体は、混入している非免疫グロブリンタンパク質の除去により精製され、あるいは標的分子に結合していない免疫グロブリンの除去によっても精製される。非免疫グロブリンタンパク質の除去および/または標的分子に結合していない免疫グロブリンの除去により、試料中の標的反応性免疫グロブリンの増加を生じる。別の例において、組換えポリペプチドは細菌宿主細胞に発現され、そのポリペプチドは宿主細胞タンパク質の除去により精製される。このため、組換えポリペプチドの割合は試料中で増加する。
発明の詳細な説明
本発明は、前立腺癌における再発性遺伝子融合の発見に基づく。本発明は、遺伝子融合を直接的または間接的に検出または標的する診断、研究、および治療法を提供する。本発明はまた、診断、研究、および治療目的のための組成物も提供する。
I.遺伝子融合
本発明は、前立腺癌の指標となる再発性遺伝子融合を同定する。遺伝子融合は、アンドロゲン制御遺伝子(ARG)またはハウスキーピング遺伝子(HG)とETSファミリーメンバー遺伝子の染色体再編の結果によるものである。これらの再発にもかかわらず、ARGまたはHGがETSファミリーメンバー遺伝子に融合する接合部は多様である。この遺伝子融合は、通常ARGまたはHGの転写制御領域由来の5´部分とETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有する。再発性遺伝子融合は、前立腺癌の診断マーカーおよび臨床用標的としての用途を有する。
A.アンドロゲン制御遺伝子
アンドロゲンにより制御される遺伝子は、ヒト前立腺腺の正常な生理機能に大変重要である。これらは、前立腺癌腫の発生および進行にも寄与している。認識されているARGとして、これらには限らないが、TMPRSS2、SLC45A3、HERV-K_22ql1.23、C15ORF21、PSA、PSMA、KLK2、SNRK、Seladin-1、およびFKBP51(Paoloni―Giacobino et al,ゲノムs 44:309(1997);Velasco et al.,Endocrinology 145(8):3913(2004))がある。
TMPRSS2(NM005656)は、その他の正常なヒト組織に比べて、前立腺上皮に高度に発現されていることが実証されてきた(Lin et al.,Cancer ResearCH 59:4180(1999))。このTMPRSS2遺伝子は、21番染色体上に位置している。この遺伝子は、41,750,797〜41,801,948bpに位置している(51,151全bp;マイナス鎖配向)。このヒトTMPRSS2タンパク質配列は、GenBankアクセッション番号:AAC51784(Swiss Proteinデータベースアクセッション番号:015393)やその対応するcDNA at GenBankアクセッション番号:U75329(Paoloni-Giacobino,et al.,Genomes 44:309(1997)も参照のこと)にも見られる。
プロステインまたはP501Sとも知られるSLC45A3はまた、正常な前立腺および前立腺癌において、転写物およびタンパク質の両レベルで排他的に発現されることが示されてきた(Kalos et al.,Prostate 60、246-56(2004);Xu et al.,Cancer Res 61、1563-8(2001))。
EST分析および超並列配列決定によるHERV-K_22ql1.23は、ヒト内在性レトロウイルス要素のHERV-Kファミリーで2番目に最も強く発現されたメンバーであり、その他の正常な組織に比べて前立腺に最も高い発現されることが示されている(Stauffer et al.,Cancer Immun 4、2(2004))。HERV-K要素のアンドロゲン制御についての記載はないが、内在性レトロウイルス要素は、マウス伴性タンパク質遺伝子C4Aにアンドロゲン応答性を付与することが示されてきた(Stavenhagen et al.,Cell 55、247-54(1988))。その他のHERV-Kファミリーメンバーは、乳癌および乳癌細胞株において高発現かつエストロゲン制御されていることが示されており(Ono et al.,J Virol 61、2059-62(1987);Patience et al.,J Virol 70、2654-7(1996);Wang-Johanning et al.,Oncogene 22、1528-35(2003))、19番染色体上のHERV-K3要素由来の配列は、t(8;19)(pl2;ql3.3)を有する幹細胞骨髄増殖性疾患の症例においてFGFRlに融合した(Guasch et al.,Blood 101、286-8(2003))。
D-PCA-2としても知られるC15ORF21はまた、正常な前立腺および前立腺癌での排他的過剰発現に基づいて、もともと単離されたものである(Weigle et al.,Int J Cancer109、882-92(2004))。
本発明の遺伝子融合は、ARGの転写制御領域を有していてもよい。このARGの転写制御領域は、プロモーター領域等のARGのコードまたは非コード領域を有していてもよい。ARGのプロモーター領域は、ARGのアンドロゲン応答エレメント(ARE)さらに有していてもよい。TMPRSS2のプロモーター領域は特に、GenBankアクセッション番号:AJ276404で与えられる。
B.ハウスキーピング遺伝子
ハウスキーピング遺伝子は、構成的に発現され、一般に全組織で広範に発現する。これらの遺伝子は、すべての細胞が生存するのに必要な基本的必須機能を与えるタンパク質をコードする。ハウスキーピング遺伝子は、通常すべての細胞および組織内で同じレベルで発現するが、特に細胞増殖および生命体の発達時にいくぶんかの差異を伴う。ヒト細胞が有するハウスキーピング遺伝子の正確な数はわかっていないが、推定の多くのは300〜500の範囲にある。
数百のハウスキーピング遺伝子の多くは同定されている。最も典型的な既知の遺伝子であるGAPDH(グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素)は、解糖経路に重要な酵素をコードする。別の重要なハウスキーピング遺伝子はアルブミンであり、これは全身への化合物の輸送を補助する。いくつかのハウスキーピング遺伝子は、β-アクチンやチューブリンなどの細胞骨格を作り上げる構造タンパク質をコードする。その他は、リボソームの18Sまたは28SrRNAサブユニットをコードする。HNRPA2B1は、広範に発現されるヘテロ核リボ核タンパク質の1つである。そのプロモーターは、メチル化されておらず、導入遺伝子内のCMVプロモーターの転写サイレンシングを阻止することが示されている(Williams et al.,BMC BioteCHnol 5、17(2005))。ハウスキーピング遺伝子の一覧例として、例えば、Trends in Genetics,19、362-365(2003)がある。
C.ETSファミリーメンバー遺伝子
転写因子のETSファミリーは、遺伝子発現をコントロールする細胞内シグナル経路を制御する。下流エフェクターとして、これらは所定の標的遺伝子を活性化または抑制する。上流エフェクターとして、これらは数々の増殖因子受容体の空間的および時間的発現に関与している。このファミリーのほぼ30のメンバーが、同定されており、生理学的および病理学的過程の広い範囲に関与している。このようなものとして、これらには限らないが、ERG、ETV1(ER81)、FL11、ETS1、ETS2、ELK1、ETV6(TELl)、ETV7(TEL2)、GABPα、ELFl、ETV4(ElAF;PEA3)、ETV5(ERM)、ERF、PEA3/E1AF、PU.1、ESE1/ESX、SAPl(ELK4)、ETV3(METS)、EWS/FLI1、ESE1、ESE2(ELF5)、ESE3、PDEF、NET(ELK3;SAP2)、NERF(ELF2)、およびFEVが挙げられる。ETSファミリーメンバー配列の例を図9に示す。
ERG(NM004449)は、その他の正常なヒト組織に比べて前立腺上皮により高く発現することが実証されてきた。ERG遺伝子は、21番染色体上に位置する。この遺伝子は、pterから38,675,671-38,955,488塩基対に位置する。このERG遺伝子は、279,817全bpマイナス鎖配向である。対応するERG cDNAおよびタンパク質配列は、それぞれGenBankアクセッション番号M17254およびNP04440(Swiss Proteinデータベースアクセッション番号:Pl1308)で与えられる。
ETV1遺伝子は、7番染色体(GenBankアクセッション番号:NC000007i l、NC_086703.11、およびNT_007819.15)上に位置している。この遺伝子は、pterから13,708330〜13,803,555塩基対に位置する。このETV1遺伝子は、全長95,225bp、マイナス鎖配向である。対応するETV1cDNAおよびタンパク質配列は、それぞれGenBankアクセッション番号:NM004956およびNP004947(Swiss Proteinデータベースアクセッション番号P50549)で与えられる。
このヒトETV4遺伝子は14番染色体(GenBankアクセッション番号:NC_000017.9;NT_010783.14;およびNT_086880.1)上に位置している。この遺伝子は、pterから38,960,740〜38,979,228塩基対である。このETV4遺伝子は、全長18,488bp、マイナス鎖配向である。対応するETV4cDNAおよびタンパク質配列は、それぞれ、GenBankアクセッション番号:NM_001986およびNP_01977(Swiss Proteinデータベースアクセッション番号:P43268)で与えられる。
ヒトETV5遺伝子は、3番染色体上の3q28(NC000003.10(187309570..187246803)に位置する。対応するETV5mRNAおよびタンパク質配列は、それぞれGenBankアクセッション番号:NM_004454およびCAG33048で与えられる。
D.ETS遺伝子融合
TMPRSS2:ETS遺伝子融合の最初の同定を含み、前立腺癌のETS再配列の5つのクラスが同定されている(図43)。本発明は、特定の機構に限定されるものではない。実際、機構の理解は本発明を実施するのに必要ではない。にもかかわらず、ARGまたはHGとの融合または癌内で増加した発現を伴う座位への挿入を介したETSファミリーメンバーの上方制御された発現は、前立腺癌に関する機構を与えると考えられている。特定の個体に存在する再配列のクラスに関する知見は、オーダーメイド型の癌治療を可能にする。
1.遺伝子再配列のクラス
TMPRSS2:ETS遺伝子融合(クラスI)は、前立腺癌におけるETS再配列の優勢なクラスを表す。SLC45A3およびHERV-K_22ql1.23等の、非翻訳領域との融合が関与するその他の前立腺特異性アンドロゲン誘導遺伝子(クラスHa)および内在性レトロウイルス要素(クラス11b)からの再配列は、ETS再配列内の5´パートナーとTMRPSS2と同様に機能する。クラスIおよびII再配列の5´パートナーと同様に、C15ORF21は前立腺癌内で顕著に過剰発現される。しかしながら、クラスIおよびII再配列の融合パートナーとは異なり、C15ORF21はアンドロゲンにより抑制され、前立腺特異性アンドロゲン抑制された5´融合パートナーを含むETS再配列の新規クラス(クラスIII)を表す。一方、HNRPA2B1は、前立腺特異性発現またはアンドロゲン応答性を提示しなかった。従って、HNRPA2B1:ETV1は、非組織特異性プロモーターエレメントを含む融合ETS発現を誘発するETS再配列の新規クラス(クラスIV)を表す。クラスV再配列においては、その全ETS遺伝子は、前立腺特異性領域に再配列されている。
進行型の前立腺癌を有する男性は、通常はアンドロゲン欠乏療法で治療され、腫瘍退行を生じる。しかしながら癌は、ホルモン-抵抗性表現型によりほぼ一定に進行する。クラスIV再配列(HNRPA2B1:ETV1等)はアンドロゲン非感受性プロモーターエレメントにより誘発されるので、その結果は、これらの遺伝子融合はアンドロゲン欠乏に対する応答ではないことから、これらの患者が抗アンドロゲン治療に応答しないことを示している。クラスIII再配列を有する患者の抗アンドロゲン治療は、ETS融合発現を増加する可能性がある。例えば、C15ORF21:ETV1は、抗アンドロゲン治療がC15ORF21:ETV1発現を増加させたホルモン-抵抗性転移性前立腺癌を有する患者から単離された。この仮説を支持して、LNCaPのアンドロゲン飢餓は顕著に内在性 PSAおよびTMPRSS2の発現を低減し、HNRPA2B1に何の影響もなく、C15ORF21の発現を増加させた(図49)。このことは、現在の融合クラスに基づいた、前立腺癌の男性のオーダーメイド型治療(例えば、アンドロゲン遮断療法またはその他の代替療法の選択)を可能にする。
前立腺癌における遺伝子再配列の複数のクラスは、通常の上皮癌における染色体再編成に関してより一般化された役割を示す。例えば、乳癌の癌遺伝子に融合したエストロゲン応答エレメントのように、組織特異性プロモーターエレメントは、その他のホルモンに誘発された癌内の癌遺伝子に融合する可能性がある。さらにまた、前立腺所定の融合(クラスI〜IIIおよびV)は増殖優位性を与えず、その他の上皮癌内で選択されるのに対し、HNRPA2B1等の広範に発現した遺伝子の強いプロモーターを含む融合は、腫瘍の様々なタイプにおいて癌遺伝子の以上発現を引き起こす。要約すると、本研究は、血液悪性腫瘍と同様に、種々の機構による通常の上皮腫瘍発達における染色体再編成に関する役割を支持する。
2.ARG/ETS遺伝子融合
上述のように、本発明は、ARGのETSファミリーメンバー遺伝子への融合を提供する。遺伝子融合配列の例を図36、51、および52に示す。TMPRSS2、ERG、ETV1、およびETV4については、GenBank参照配列番号を示し、それらのエクソンは、UCSCヒトゲノムの2004年5月のアセンブリを用いて配列比較している。すべての同定された融合について、図36は、TMPRSS2遺伝子の最初から融合までの完全配列およびETSファミリーメンバー遺伝子の停止コドンを示している。公表されている変異体の各々について供託されたGenBank配列も示してある。いくつかのTMPRSS2:ERGおよびTMPRSS2:ETV1融合は、TMPRSS2とETSファミリーメンバー遺伝子のブレークポイントエクソンにより記載してある。例えば、TMPRSS2のエクソン1をエクソン4にERGの11を通して融合するTMPRSS2:ERGaは、TMPRSS2:ERG(1,4)として同定される。
ある種の遺伝子融合は、通常の前立腺癌においてその他のものに比べてより一般的である。本発明は、前立腺癌の50〜80%がTMPRSS2のERG、ETV1、ETV4またはFL11との再発性遺伝子融合を有することを確認している。もちろん、50〜70%はTMPRSS2-ERGであり、そのうちの50%〜60%は21番染色体上のTMPRSS2とERG座位との間の遺伝子情報の欠失(さらなる詳細は以下に記載)から生じ、5〜10%はTMPRSS2-ETV1であり、1〜2%はTMPRSS2-ETV4であり、1〜2%はTMPRSS2-FLI1である。
本発明の開発過程において実施した実験によれば、その他は機能性転写物を発現しない(Tomlins et al.,Science,310:644-648(2005);Tomlins et al.,Cancer ResearCH 66:3396-3400(2006))のに対し、ある種の融合遺伝子融合転写物を発現することが示された。
a.ERG遺伝子融合
上述のように、ERGを有する遺伝子融合は、前立腺癌において最も一般的な遺伝子融合であることがわかっている。本発明の開発過程において実施した実験により、21番染色体q22.2-3上のTMPRSS2とERGとの間に位置する顕著なゲノム欠失を同定した。欠失は、TMPRSS2:ERG融合陽性PCA試料に見られた。この欠失は、共通領域に見られるが、この領域内での変異性を示している。Paris et al.(Hum.Mol.Genet.13:1303-13(2004))による過去の報告によれば、CGH分析は、TMPRSS2由来の6kbセントロメアであるCTD-2103O7BAC中の欠失を検出した。これらの欠失は、臨床的に局在化したPCA試料の12.5%(9/72)および転移性PCA試料の33%(5/15)で観察された。これらの結果は、本検討で得られたSNPアレイデータを支持し、PCAの欠失が癌の進行と共により一般的となるか、あるいは、より迅速に進行する傾向のあるPCAにおいて欠失がより頻繁に確認されることを示している。TMPRSS2:ERG再配列の著しい腫瘍内均一性を考えると、これらの分子サブタイプは、異なる疾患進行特徴に関連している可能性が高い。
ERGの再配列を49.2%内部に有する臨床的に局在化したPCAの118の症例を評価した。イントロン欠失は、これらのTMPRSS2:ERG融合陽性の症例の60.3%に見られた。ERGの顕著な過剰発現を有するほぼすべてのPCA試料は再配列を有し、その過剰発現は、再配列とほぼ同じ数の症例で起こった。遺伝子発現データの公共利用可能な一覧であるOncomineを利用して、通常の欠失部位の領域に位置する、4つの顕著な下流制御された遺伝子を同定した(図16)。
本発明は、特定の機構に限定されるものではない。実際、機構の理解は本発明の実施に必要ではない。しかしながら、この結果は全PCAの半分近くがTMPRSS2:ERG再配列により定義できることを示唆している。これらの腫瘍の多くが、オリゴヌクレオチドSNPアレイゲノム解析によればサイズの異なるイントロン欠失であることを実証している。しかしながら、およそ30〜40%は欠失を実証しておらず、従ってTMRPSS2とERGの均衡のとれた転位を内部に有するに違いない。欠失の範囲におけるばらつきは、CMLで見られたように、疾病の進行に関連してる可能性がある。現行の研究により、腫瘍段階およびリンパ節の状態との顕著な臨床的な関連が確認された。欠失を有するTMPRSS2:ERG再配列腫瘍はまた、高いPSA生化学的不全率の傾向を示した。
本発明を開発する過程において実施したさらなる実験により、長期の経過観察を伴う初期前立腺がんの待機療法コホートにおけるTMPRSS2:ERG遺伝子融合の存在に基づく、転移の進行または前立腺癌特異的死亡のリスクを検討した。TMPRSS2:ERG遺伝子融合の頻度を、92の症例を用いて評価した。この個体群ベースのコホートにおけるTMPRSS2:ERG遺伝子融合の頻度は15.2%(14/92)であり、2つ病院ベースのコホートで見られる頻度50%よりも低かった。本発明は特定の機構に限定されるものではない。実際、機構の理解は、本発明の実施に必要ではない。にもかかわらず、TMPRSS2:ERG遺伝子融合前立腺癌におけるこの差異は、民族および人種の遺伝子の違いによる可能性がある。これらの違いは、その他の非個体群ベースの研究に比べ、本待機療法コホートにおいて高グレードの症例の割合が低いことによっても説明できる。
TMPRSS2:ERG遺伝子融合と遠隔転移の進行との顕著な関連および前立腺癌に特有の死亡を累積罹患率比3.6(P=.004、95%信頼区間=1.5〜8.9)で観測した。これらのデータは、TMPRSS2:ERG遺伝子融合前立腺癌がより侵襲的な表現型を有することを示唆している。さらなる実験は、TMPRSS2:ERG遺伝子融合におけるゲノム欠失が、進行型および/または転移性前立腺癌(例えば、実施例5を参照)と相互に関連していることを示した。
本発明はまた、アンドロゲンがERGの過剰発現を、おそらくAREを介して、TMPRSS2-ERG陽性細胞株内で誘導できることを実証した。本発明は特定の機構に限定されるものではない。実際、機構の理解は、本発明の実施に必要ではない。にもかかわらず、まとめると、この結果は、TMPRSS2の上流のAREを介したETSファミリー活性の調節不全は、前立腺癌発達を誘発する可能性があることを示唆している。
b. ETV1遺伝子融合
本発明のいくつかの実施形態の展開の過程で実施したさらなる検討により、ETV1アウトライアー発現およびTMPRSS2:ETV1陽性前立腺癌の頻度間の不一致を調べた。この結果、TMPRSS2:ERG遺伝子融合を前立腺癌におけるERG過剰発現を誘発する優勢機構として同定する過去の研究を確認した。しかしながら、ETV1を過剰発現している前立腺癌においては、新規5´融合パートナーが同定された。本発明は特定の機構に限定されるものではない。実際、機構の理解は、本発明の実施に必要ではない。にもかかわらず、ERGとETV1の関与する融合についての5´パートナーの不一致に関する理由は明らかではないが、TMPRSS2およびERGがおよそ3MB離れて21番染色体上に位置するので、これらの近接性は、ERGに対する5´パートナーとしてTMPRSS2に有利であるかもしれない。
遺伝子導入マウスにおけるアンドロゲン制御下でのETV1の過剰発現は、マウス前立腺で高浸透mPIN(12のうちの9、75%)を生じた。癌腫の発達は観察されていない。これらの結果は、ETV1過剰発現が良性前立腺上皮細胞における侵襲を増加させたが形質転換には不十分であるという生体外研究を支持するものであり、過去の研究では、ヒトにおいてETS融合が、PINから癌腫への転移期間あるいは前立腺癌進行の初期におそらく起こることを示している(Tomlins et al.,Nat Genet 39、41-51(2007))。本発明は特定の機構に限定されるものではない。実際、機構の理解は、本発明の実施に必要ではない。にもかかわらず、ヒト前立腺癌発生においては、ETS遺伝子融合は単一のNKX3-1および/またはPTEN対立遺伝子の損失等の早期の病変との関連で起こると考えられた(Tomlins et al.,Annual Review of Pathology:Mechanisms of Disease 1,243-271(2006))。さらにまた、癌腫への初期進行のないETV1遺伝子導入マウスにおけるmPINの発達は、NKX3-1+/−およびPTEN+/−マウス等の、ヒト前立腺癌におけるこれらのその他の初期の現象のマウスモデルと同様である(Kim et al.,Proc Natl Acad Sci USA 99、2884-9(2002);Abdulkadir et al.,Mol Cell Biol 22、1495-503(2002);Di Cristofano et al.,Nat Genet 27、222-4(2001))。従って、ARR2PB-ETV1マウスおよびこれらのマウス間での交配は、ヒト前立腺癌発生における初期の現象を模倣する癌遺伝子/腫瘍抑制因子モデルを作ると考えられる。
RWPE-ETV1においてETV1により制御される転写プログラムを同定するため、発現シグネチャーを増大中の分子概念のコレクション、または生物学的関連遺伝子セット間の相互関係のネットワークを探索する解析フレームワークである分子概念マップに取り込んだ。関連解析のための遺伝子セットの最大コレクションであることに加えて、MCMは、データベース中のすべての遺伝子セット間の対的な関連を計算する点が特有であり、繋がった概念の「エンリッチメントネットワーク」の同定および描出を可能にする。
この解析は、ETS遺伝子のアウトライアー発現なしの癌と比較した、ETV1アウトライアー発現を有する前立腺癌内で過剰発現した遺伝子のインビボシグネチャーが、RWPE-ETV1細胞内で過剰発現された遺伝子のインビトロシグネチャーに富んでいた(P=0.003)ことを示し(図41f)、インビトロモデルの生物学的関連性を支持している。より一般的には、MCM分析は、本報告に記載の表現型効果に一致する、ETV1過剰発現されたシグネチャーに富む細胞侵襲に関連した分子概念のネットワークを明らかにした。例えば、このシグネチャーにおいてエンリッチメントは、表在性移行細胞膀胱癌と対比された侵襲性癌で過剰発現された遺伝子を表す概念(ModlichらのP=2.9E-14、DyrskjotらのP=1.2E-8)29、30と、インサイツでの腺管癌腫と対比された侵襲性乳管癌腫で過剰発現された遺伝子を表す概念(Schuetzら、P=3.8E-13)とに分配された。より直接的には、このシグネチャーにおいてエンリッチメントは、マトリックスメタロプロテイアーゼ(MMP)ならびにディスインテグリンおよびメタロプロテイアーゼ領域(ADAM)を含む、「ペプチダーゼMl0AおよびM12B、マトリキシンまたはアダマリシン領域」(P=8.5E-5)を含有するタンパク質のInterProコンセプトに分配された。
侵襲を媒介することが知られETS転写因子の直接的標的であることが報告されている、いくつかのMMPおよびウロキナーゼプラスミノーゲン活性化因子経路のメンバーの両者は、RWPE-ETV1細胞内で過剰発現された(図4Ig)。さらにまた、この「RWPE-ETV1内で過剰発現した」シグネチャーは、STAT3-C癌遺伝子を過剰発現しているMCF-10A細胞内で過剰発現された遺伝子のシグネチャーと重複を共有した(P=8.9E-14)。このモデルにおいて、STAT3-C過剰発現は増殖に影響を与えなかったが、MMP9に依存した形で侵襲を増加させた。この結果はまたEWS:FLI1のノックダウンまたは過剰発現が侵襲に影響を与えるが、増殖に影響を与えないことを実証したユーイング肉腫におけるEWSRl:ETS遺伝子融合の並行研究でもある(Smith et al.,Cancer Cell 9,405-16(2006))。RWPE-ETV1シグネチャーにおいて低発現したものに関するMCM分析は、増殖関連概念(図50)のエンリッチメントを明らかにし、細胞増殖に対するわずかな効果はFACSまたは増殖圧制において明白ではないことを示す。
本研究はまた、細胞遺伝学的研究を導くためにアウトライアー遺伝子発現を利用する用途を実証している。例えば、数多くの核型分析、SKY、および高解像度アレイCGH研究にも拘わらず、潜在性ETV1再配列は、最も一般的に用いられる前立腺癌のインビトロモデルである、LNCaP内での報告がない(Beheshti et al.,Mol Diagn 5、23-32(2000);Beheshti et al.,Neoplasia 3,62-9(2001);Gibas et al.,Cancer Genet Cytogenet 11,399-404(1984);Watson et al.,Hum Genet 120,795-805(2007);Pang et al.,Prostate 66,157-72(2006);Murillo et al.,Genes Chromosomes Cancer 45,702-16(2006);Shi et al.,Prostate 60,257-71(2004);Takaha et al.,Cancer Res 62,647-51(2002);Strefford et al.,Cancer Genet CytoGenet 124,112-21(2001);Thalmann et al.,Cancer Res 54、2577-81(1994))。同様に、TMPRSS2:ERG融合は、核型分析では検出できない21q上でのTMPRSS2とERGとの間の染色体内欠失により生じることが多い。同様に、本願明細書で同定されたHNRPA2B1 :ETV1融合はまた、およそ15MBにわたる染色体内欠失をとおしても起こる。これらの結果は、癌遺伝子を活性化する潜在性再配列および染色体内欠失がその他の通常の上皮癌腫において起こる可能性を示している。
c.ETV4遺伝子融合
Oncomineデータベースからの前立腺癌プロファイル研究でモニターした全てのETSファミリーメンバーの発現を調べるため、いくつかの実験を行った(上記Rhodes et al.)。ETSファミリーメンバーETV4の顕著な過剰発現が、全体解剖組織をプロファイルしたもの(上記Lapointe et al.)(図7A)およびレーザーキャプチャーマイクロダイセクション(LCM)組織1をプロファイルしたもの(図7B)の2つの研究の各々から単一の前立腺癌の症例で同定された。ETV4は、癌性組織内のTMPRSS2に融合することがわかった。
d.ETV5遺伝子融合
さらなる実験実験により、TMPRSS2:ETV5およびSLC45A3:ETV5遺伝子融合(例20)を確認した。ETV5は、前立腺癌試料内でアウトライアー発現を有することがわかり、その後、遺伝子融合内に存在することがわかった。
3.HG/ETS遺伝子融合
さらなる実験により、前立腺癌内でのHNRPA2B1:ETV1遺伝子融合を確認した。HNRPA2B1は、前立腺特異性発現またはアンドロゲン制御を示さず、その代わり、全ての腫瘍のタイプにわたり強く発現されている。HNRPA2B1は、広範に発現されたヘテロ核リボ核タンパク質のメンバーをコードし、そのプロモーターは、その他のハウスキーピング遺伝子に対して構造的類似性を共有している(Antoniou et al.,Genomics 82,269-79(2003))。さらにまた、このHNRPA2B1プロモーターは、非メチル化されて導入遺伝子内でのCMVプロモーターの転写抑制を防ぐことが示されてきた(Williams et al.,BMC Biotechnol 5、17(2005))。従って、HNRPA2B1:ETV1は、非組織特異的プロモーターエレメントが癌遺伝子の発現を誘発する通常の上皮癌腫における遺伝子融合の新規クラスを示している。TMPRSS2:ETS融合がB細胞悪性腫瘍内のIGH-MYC再配列に機能的に類似しているのに対し、HNRPA2B1 :ETV1は、構成的に発現されたRPNl遺伝子のエンハンサーエレメントの制御下でEVIの配置を生じると考えられている、急性骨髄性白血病におけるinv(3)(q21q26)およびt(3;3)(q21;q26)に、より類似している(Suzukawa et al.,Blood 84、2681-8(1994);Wieser et al.,Leuk Lymphoma 43,59-65(2002))。
その他の通常の上皮癌は、乳癌において癌遺伝子に融合したエストロゲン応答エレメントのような組織特異的プロモーターエレメントにより誘発されていると考えられる。さらにまた、本願明細書中で同定されている前立腺に特異的な融合(SLC45A3:ETV1等)が、その他の上皮癌において増殖優位性を与えないのに対し、HNRPA2B1等の広範囲に発現した遺伝子の強力なプロモーターを含む融合は、種々の腫瘍のタイプにわたって癌遺伝子の異常発現を生じることができると考えられる。本願明細書において同定されたHNRPA2B1:ETV1融合は、およそ15MBにわたる染色体内欠失を通して起こる。これらの結果は、癌遺伝子を活性化する潜在性再配列および染色体内欠失がその他の通常の上皮癌腫内で起こる可能性があることを示している。
II.抗体
その断片、誘導体、および類似体を含む本発明の遺伝子融合タンパク質は、下記の診断、研究、および治療法における用途を有する抗体を生成する免疫原として使用できる。この抗体は、ポリクローナルまたはモノクローナル、キメラ、ヒト化、一本鎖、またはFab断片であってもよい。当業者に既知の様々な手順は、このような抗体および断片の生成や標識に用いることができる。例えば、Burns,ed.,Immunochemical Protocols,3rd ed.,Humana Press(2005);HarlowおよびLane、Antibodies:A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Laboratory(1988);Kozbor et al.,Immunology Today 4:72(1983);KohlerおよびMilstein,Nature 256:495(1975)を参照のこと。切断されたETSファミリーメンバータンパク質またはキメラタンパク質およびこれらそれぞれの未変性タンパク質との違いを活用する抗体または断片が特に好ましい。
III.診断的な応用
ARGまたはHGのETSファミリーメンバー遺伝子への融合は、DNA、RNAまたはタンパク質として検出できる。最初に、この遺伝子融合は、ARGまたはHGの転写制御領域由来の5´部分と、ETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有するゲノムDNAの染色体再編として検出できる。転写されると、この遺伝子融合は、ARGまたはHGの転写制御領域由来の5´部分とETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有するキメラmRNAとして検出できる。翻訳されると、この遺伝子融合は、ARGまたはHGの転写制御領域のETSファミリーメンバー遺伝子への融合により生じたアミノ末端で切断されたETSファミリーメンバータンパク質、ARGまたはHGの転写制御領域由来のアミノ末端部分とETSファミリーメンバー遺伝子由来のカルボキシ末端部分とを有するキメラタンパク質、あるいは上方制御されているが、それ以外は区別のできない、未変性ETSファミリーメンバータンパク質として検出できる。この切断ETSファミリーメンバータンパク質およびキメラタンパク質は、アミノ酸配列、翻訳後処理および/または2次、3次または4次構造において、それぞれの未変性タンパク質とは異なる可能性がある。このような違いは、遺伝子融合が存在する場合、その存在を同定するのに使用することができる。検出に関する具体的な方法は、以下により詳しく記載する。
本発明は、直接的または間接的に遺伝子融合を検出するDNA、RNAおよびタンパク質に基づく診断法を提供する。本発明はまた、診断目的の組成物およびキットも提供する。
本発明の診断法は、定性的または定量的である。定量的な診断方法は、例えば、カットオフまたは閾値を介して緩徐進行性と侵襲性癌を区別するのに利用できる。適用可能な場合、定性的または定量診断法として標的、シグナルまたは中間物(例えば、ユニバーサルプライマー)の増幅も包含する。
最初のアッセイにより、遺伝子融合の存在が確認できるが、特定の融合を同定できない。所望の場合、続いて2次的アッセイを行い、特定の融合を同定する。この2次的なアッセイは、最初のアッセイと異なる検出方法を用いることができる。
本発明の遺伝子融合は、多重またはパネル形式でその他のマーカーと共に検出できる。マーカーは、これらの予測値のみ、あるいは遺伝子融合との組み合わせに関して選択される。例示的な前立腺癌マーカーには、これらには限らないが、AMACR/P504S(米国特許第6,262,245号);PCA3(米国特許第7,008,765号);PCGEMl(米国特許第6,828,429号);プロステイン/P501S、P503S、P504S、P509S、P510S、プロスターゼ/P703P、P710P(米国公開第20030185830号)、および米国特許第5,854,206号および同6,034,218号、および米国公開番号第20030175736に開示のものが挙げられ、これら各々はその全体を参照により援用する。その他の癌、疾患、感染症、および代謝条件についてのマーカーもまた、多重またはパネル形式への包含について考慮される。
本発明の診断法は、データを参照して、特定の遺伝子融合を疾患の病期、攻撃性または進行あるいは転移の存在またはリスクと相関させて、変更することもできる。最終的に、本発明の方法により提供される情報は、医師による特定の患者に対する治療の最良の治療針路の選択に役立つ。
A.試料
遺伝子融合を有する疑いのある任意の患者試料を本発明の方法に従って試験できる。非限定例として、該試料は、組織(例えば、前立腺生検試料または前立腺切除術により得た組織試料)、血液、尿、精液、前立腺液、またはこれらの画分(例えば、血漿、血清、尿の上澄み、尿細胞ペレットまたは前立腺細胞)であってもよい。尿試料は、好ましくは、前立腺腺から前立腺細胞を尿路に流す、注意深い直腸診(DRE)の直後に採取される。
患者試料は、遺伝子融合または遺伝子融合を含む細胞について、試料を単離または濃縮するように設計された予備的な処理を通常必要とする。本目的に使用される、当業者に既知の種々の手法として、これらには限られないが、遠心分離、免疫捕捉、細胞溶解、および核酸標的捕捉(例えば、欧州特許第1,409,727号参照のこと。ここで該文献の全内容を参照により援用する)が挙げられる。
B.DNAおよびRNAの検出
本発明の遺伝子融合は、これらには限られないが、核酸配列決定、核酸ハイブリッド形成、および核酸増幅等の当業者に既知の様々な核酸手法を利用してゲノムDNAまたはキメラmRNAの染色体再編成として検出することができる。
1.配列決定
核酸配列決定法の説明的な非限定例として、これらには限らないが、鎖終結(Sanger)による配列決定およびダイターミネーターによる配列決定が挙げられる。当業者ならば、RNAは細胞内で安定が損なわれており実験的にヌクレアーゼの攻撃をより受けやすいので、RNAは通常、配列決定の前にDNAに逆転写されることがわかるであろう。
鎖終結配列決定は、改変ヌクレオチド基質を用いたDNA合成反応の配列特異性終結を利用する。伸長は、短い放射性の、あるいはその他の標識された、その領域で鋳型に対して相補であるオリゴヌクレオチドプライマーを用いて、鋳型DNA上の特定の部位で開始される。このオリゴヌクレオチドプライマーは、DNAポリメラーゼ、標準的な4つのデオキシヌクレオチド塩基、および低濃度の1つの鎖終結ヌクレオチド、最も一般的にはジデオキシヌクレオチドを用いて伸長される。この反応は、ジデオキシヌクレオチドとして交互になっている4つの別々の管で繰り返される。DNAポリメラーゼによる鎖終結ヌクレオチドの限定的な組込みは、特定のジデオキシヌクレオチドが用いられた位置でのみ終結されている一連の関連DNA断片を生じる。各反応管について、これらの断片は、平板ポリアクリルアミドゲルまたは粘性ポリマーを充填した毛細管内での電気泳動により、それらの大きさに従って分離される。この配列は、ゲルの最上部から最下部をスキャンして、標識されたプライマーから描出されたマークを生成するレーンを読み取ることで決定される。
ダイターミネーター配列決定は、代わりに、これらのターミネーターを標識する。完全配列決定は、ジデオキシヌクレオチド鎖-ターミネーターの各々を、異なる波長で蛍光を発する別個の蛍光色素で標識することで単一の反応で実施できる。
2.ハイブリッド形成
核酸ハイブリッド形成法の説明的な非限定例として、これらには限らないが、インサイツハイブリダイゼーション(ISH)、マイクロアレイ、およびサザンまたはノーザンブロット法がある。
インサイツハイブリダイゼーション(ISH)は、組織(インサイツ)の部分または切片の所定のDNAまたはRNA配列、あるいは組織が十分小さい場合は全組織(ホールマウントISH)を局在化させるプローブとして、標識した相補DNAまたはRNA鎖を用いるハイブリッド形成 の1種である。DNA ISHは、染色体の構造を決定するのに用いることができる。RNA ISHは、組織切片またはホールマウント内のmRNAおよびその他の転写物の測定や局在化に使用される。試料細胞および組織は、通常、標的転写物をその場に固定したり、プローブのアクセスを増やすために処理される。このプローブは、高温で標的配列にハイブリッド形成し、その後過剰のプローブを洗浄除去する。放射性、蛍光、または抗原標識された塩基で標識されたプローブは、放射線写真法、蛍光顕微鏡観察、または免疫組織化学的検査のいずれかの方法により、それぞれ組織内で局在化され定量化される。ISHはまた、2つまたはそれ以上の転写物を同時に検出するために、放射能活性またはその他の非放射性標識で標識された2つまたはそれ以上のプローブを使用できる。
a.FISH
いくつかの実施形態において、融合配列は、蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)により検出される。本発明に好ましいFISHアッセイでは、バクテリア人工染色体(BAC)を利用する。これらはヒトゲノム配列決定プロジェクト(Nature 409:953-958(2001)を参照)で広く使用されており、特定のBACを有するクローンは、例えば、NCBI等の多くの源にわたって存在する販売業者から入手できる。ヒトゲノム由来の各BACクローンには、それを明確に同定する参照名が与えられている。これらの名称は、対応するGenBank配列を見つけたり、販売業者にクローンの複製物を購入するのに使用できる。
いくつかの実施形態において、この検出アッセイは、ETV1に対するプローブ(例えば、bacRP11-692L4)、c‐ERGに対する1組のプローブ、t‐ERG分断(break-apart)(例えば、bacRP11-24A11やt‐ERG RP11-372017またはRP11-137J13に対するプローブとして)を用いたFISH分析である。その他の実施形態において、このFISH分析は、一組のプローブを用いたETV1欠失または増幅について試験することで実施され、1つのプローブはETV1座位(例えば、bacRP11-692L4)にまたがり、その他のプローブは7番染色体にハイブリッド形成している(例えば、染色体のセントロメア上のプローブ)。また別の実施形態においては、この方法は一組のプローブを用いたERG欠失または増幅について試験することで実施され、1つのプローブはERG座位(例えば、bacRP11-476D17)にまたがり、1つの基準プローブは21番染色体上にある(例えば、PR11-32L6、RP11-752M23、RP11-1107H21、RP11-639A7またはRP11-1077M21)。さらにまた別の実施形態において、この方法は一組のプローブを用いたTMPRSS2欠失/増幅について試験することで実施され、1つはTMPRSS2(例えば、RP11-121A5、RP11-120C17、PR11-814F13、あるいはRR11-535H11)座位にまたがり、1つの基準プローブは21番染色体上にある(例えば、PR11-32L6、RP11-752M23、RP11-1107H21、RP11-639A7、あるいはRP11-1077M21)。いくつかの実施形態において、この方法は、これらには限られないが、RP11121A5、RP11120C17、PR11-814F13、およびR11-535H11等を含む群から選ばれるプローブを用いたハイブリッド形成の工程をさらに有する。
本発明はさらに、ヒト前立腺細胞、ヒト前立腺組織、または前記ヒト前立腺細胞またはヒト前立腺組織を取り囲む液体に対してFISH分析を行う方法を提供する。いくつかの実施形態において、このアッセイは、これらには限られないが、RP11-372017、RP11-137J13、RP11-692L4、RP11-476D17、PR11-32L6、RP11-752M23、RP11-1107H21、RP11-639A7、RP11-1077M21、RP11-121A5、RP11-120C17、PR11-814F13、およびRR11-535H11を含む群から選ばれたプローブを用いる、ハイブリッド形成の工程を含む。
本発明に関連する再配列を検出するためにFISHプロトコル内に用いることのできる特定のBACクローンは以下のとおりである。
・ETV1-TMPRSS2融合に関する試験については、以下の、ETV1にまたがる1つのプローブと、TMPRSS2座位にまたがるものが使用できる:
ETV1:RP11-692L4用のBAC
TMPRSS2:RP11-121A5、(RP11-120C17、PR11-814F13、RR11-535H11)用のBAC。
・c‐ERG:t‐ERG分解物に関して1組のプローブを用いてERG転移を試験する場合、
c‐ERG:RP11-24A11用のBAC、
t‐ERG:RP11-372017、RP11-137J13用のBAC
が使用できる。
・1つがETV1座位にまたがり、1つの基準プローブが7番染色体上にある1組のプローブを用いてETV1欠失/増幅の試験する場合、
ETV1:RP11-692L4に対するBAC
が使用できる。
ERG欠失/増幅を試験する場合、以下の、1つがERG座位にまたがり、1つの基準プローブが21番染色体上にある1組のプローブを用いる:
ERG:RP11-476D17用のBAC、
21番染色体上の基準プローブ用のBAC。*
・TMPRSS2欠失/増幅を試験する場合、以下の、1つがTMPRSS2座位にまたがり、1つの基準プローブが21番染色体上にある1組のプローブを用いる:
TMPRSS2:RP11-121A5用のBAC、(RP11-120C17、PR11-814F13、RR11-535H11)、
21番染色体上の基準プローブ用のBAC:PR11-32L6、RP11-752M23、RP11-1107H21、RP11-639A7、(RP11-1077M21)。
TMPRSS2とERGとの間の融合を生じている欠失変異を検出するのに最も好ましいプローブは、RP11-24A11およびRP11-137J13である。これらのプローブまたは上記のものは、適切な蛍光またはその他のマーカーで標識され、その後ハイブリッド形成に用いられる。本願明細書中の実施例に関する部分は、欠失を測定するのに効果的な1つの特定のプロトコルを述べており、当業者であれば、このアッセイの様々な変形が同等によく用いることができることがわかるであろう。特定のプロトコルは当該技術分野でよく知られており、本発明に容易に適応させることができる。方法論に関する手引きは、In situ Hybridization:Medical Applications(eds.G.R.Coulton and J.de Belle Roche)、Kluwer Academic Publishers,Boston(1992);In situ Hybridization:In Neurobiology;Advances in Methodology(eds.J.H.Eberwine,K.L.Valentino,and J.D.BarCHas),Oxford University Press Inc.、England(1994);In situ Hybridization:A Practical Approach(ed.D.G.Wilkinson),Oxford University Press Inc.,England(1992));Kuo,et al.,Am.J.Hum.Genet.49:U2-U9(1991);Klinger,et al.,Am.J.Hum.Genet.51:55-65(1992);およびWard,et al.,Am.J.Hum.Genet.52:854-865(1993))等の多くの参考文献から入手できる。市販のものでFISHアッセイを実施するためのプロトコルを提供するキットもある(例えば、米国メリーランド州ゲイザースバーグのOncor社から市販されている方法論についての指針を与える特許として、米国特許第5,225,326号、5,545,524号、6,121,489号、および6,573,043号がある。これら全ての文献は、参照によりその全内容が本明細書に援用され、当該技術分野における文献および特定の研究室で簡便な手順上の工程を構築するのに本願明細著中で記載の情報とともに使用される。
下記の表13は、FISHプローブとしての用途を有するBACクローンをさらに示す。
(表13)
Figure 0006035634
本発明の方法において有用なFISHプローブをさらに表16に示す(図46)。
b.マイクロアレイ
異なる種類の生物学的アッセイは、これらには限られないが、DNAマイクロアレイ(例えば、cDNAマイクロアレイおよびオリゴヌクレオチドマイクロアレイ)、タンパク質マイクロアレイ、組織マイクロアレイ、トランスフェクトまたは細胞マイクロアレイ、化学化合物マイクロアレイ、および抗体マイクロアレイ等、マイクロアレイと称する。遺伝子チップ、DNAチップ、またはバイオチップとして通常知られるDNAマイクロアレイは、発現のプロファイリングの目的、または数千もの遺伝子について発現レベルを同時にモニターするためにアレイを形成する固体表面(例えば、ガラス、プラスチックまたはシリコンチップ)に付着させた微視的なDNAの斑点の集合である。これらのDNAセグメントは、プローブとして知られており、このうちの数千は単一のDNAマイクロアレイ内で使用できる。マイクロアレイは、疾患および正常細胞における遺伝子発現を比較することで疾患遺伝子を同定するのに使用できる。マイクロアレイは、これらには限らないが、細い先端を有するピンでスライドガラス上に印刷したり、あらかじめ作製したマスクを用いたフォトリソグラフィ、動的マイクロミラーを用いたフォトリソグラフィ、インクジェット印刷、あるいは微小電極アレイ上の電気化学等の種々の技術によって加工できる。
サザンおよびノーザンブロット法は、特定のDNAまたはRNA配列をそれぞれ検出するのに使用される。試料から抽出されたDNAまたはRNAは、断片化し、電気泳動によりマトリックスゲル上で分離し、膜フィルターに移す。このフィルター結合DNAまたはRNAは、対象とする配列に相補である標識されたプローブを用いたハイブリッド形成を受ける。フィルターに結合した、ハイブリッド形成したプローブを検出する。この手順を変形したものが逆ノーザンブロット法であり、この方法では膜に付着した基質核酸が単離DNA断片の集合であり、プローブが組織から抽出され標識されたRNAである。
3.増幅
ゲノムDNAとキメラmRNAの染色体再編成は、検出の前あるいは検出と同時の増幅であってもよい。核酸増幅手法の説明的な非限定例として、これらには限らないが、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT‐PCR)、転写介在増幅(TMA)、リガーゼ連鎖反応(LCR)、鎖置換増幅(SDA)、および核酸配列ベース増幅(NASBA)がある。当業者ならば、その他の増幅手法は直接的にRNAを増幅する(例えば、TMAおよびNASBA)のに対し、ある種の増幅手法(例えば、PCR)は、DNAが増幅前にDNA(例えば、RT‐PCR)に対して逆転写されることが必要であることがわかるであろう。
通常PCRと称するこのポリメラーゼ連鎖反応(米国特許第4,683,195号、第4,683,202号、第4,800,159号、および第4,965,188号、ここでこれら各文献の全内容を参照により援用する)は、変性、プライマー対の逆ストランドへのアニーリング、および標的核酸配列の複製個数を指数的に増やすプライマー伸長のサイクルを複数用いる。RT‐PCRとよばれる変形法では、逆転写酵素(RT)がmRNAから相補DNA(cDNA)を作製するのに利用され、続いてcDNAがPCRにより増幅されてDNAの複数の複製物を生成する。PCRのその他の様々な並べ替えについては、例えば、米国特許第4,683,195号、第4,683,202号、および第4,800,159号、Mullis et al.,Meth.Enzymol.155:335(1987)、およびMurakawa et al.,DNA7:287(1988)を参照されたい。ここでこれら各文献の全内容を参照により援用する。
通常TMAとよばれる転写介在性増幅(米国特許第5,480,784号および第5,399,491号、ここで各文献の全内容を参照により援用する)は、標的配列の複数のRNA複製物が自己触媒的にさらなる複製物を生成する、実質的に一定の温度、イオン強度、およびpHの条件下で、自己触媒的に標的核酸配列の複数の複製物を合成する。例えば、米国特許第5,399,491号および第5,824,518号を参照されたい。ここでこれら各文献の全内容を参照により援用する。米国公開番号第20060046265号(ここで該文献の全内容を参照により援用する)に記載の変形法においては、TMAは、阻止部分、終結部分、およびTMA工程の感度および精度を改善するためのその他の改質部分の利用を適宜取り入れている。
通常LCRとよばれるリガーゼ連鎖反応(Weiss,R.,Science 254:1292(1991)、ここで該文献の全内容を参照により援用する)では、標的核酸の隣接領域にハイブリッド形成する2組の相補DNAオリゴヌクレオチドを用いる。これらのDNAオリゴヌクレオチドは、熱的変性、ハイブリッド形成、および検出可能な2本鎖連結オリゴヌクレオチド産物を生成する連結の繰り返しサイクルにおいて、DNAリガーゼによって共有結合によって結合している。
通常SDAとよばれる鎖置換増幅(Walker,G.et al.,Proc.Natl.Acad.ScL USA 89:392-396(1992)、米国特許第5,270,184号、および第5,455,166号、ここで各文献の全内容を参照により援用する)は、標的配列の逆ストランドへのプライマー配列のアニーリング、2本鎖ヘミホスホチオエート化プライマー伸長生成物を生成するためのdNTPαS存在下でのプライマー伸長、半改変制限エンドヌクレアーゼ認識部位のエンドヌクレアーゼ介在性ニッキング、および該ニックの3´末端からポリメラーゼ介在性プライマー伸長し、現存する鎖を置き換えて次サイクルのプライマーアニーリング、ニッキングおよび鎖の置き換えのための鎖を生成し、生成物の幾何学的増幅を生じる。好熱性のSDA(tSDA)では、好熱性のエンドヌクレアーゼおよびポリメラーゼをより高い温度で本質的に同じ方法に用いる(欧州特許第0684315号)。
その他の増幅方法として、例えば、通常NASBAとよばれる核酸配列ベース増幅(米国特許第5,130,238、ここで該文献の全内容を参照により援用)、プローブ分子自身を増幅するために通常Qβ複製酵素とよばれるRNA複製酵素を用いる方法(Lizardi et al.,Bio Technol.6:1197(1988)、ここで該文献の全内容を参照により援用)、転写ベースの増幅方法(Kwoh et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:1173(1989))、および自家持続配列複製(Guatelli et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:1874(1990)、ここで各文献の全内容を参照により援用)がある。既知の増幅方法についてのさらなる議論については、Persing,David H.の「In Vitro Nucleic Acid Amplification Techniques」 in Diagnostic Medical Microbiology:Principles and Applications(Persing et al.,Eds.)、pp.51-87(American Society for Microbiology,Washington,DC(1993))を参照。
4.検出方法
非増幅または増幅遺伝子融合核酸は、各種の従来手段により検出できる。例えば、遺伝子融合は、検出可能に標識されたプローブを用いたハイブリッド形成およびその結果得られるハイブリッドの測定により検出できる。例示的な検出法の非限定例を以下に示す。
例示的な検出方法の1つである、ハイブリダイゼーション・プロテクション・アッセイ(HPA)は、化学発光オリゴヌクレオチドプローブ(例えば、アクリジニウムエステル標識(AE)プローブ)を標的配列とハイブリッド形成させる工程と、非ハイブリッド形成プローブ上に存在する化学発光標識を選択的にハイブリッド形成させる工程と、ルミノメーターに残存するプローブから生じる化学発光を測定する工程とを含む。例えば、米国特許第5,283,174号およびNorman C.Nelson et al.,Nonisotopic Probing,Blotting,and Sequencing,ch.17(Larry J.Kricka ed.,2d ed.1995、ここで各文献の全内容を参照により援用する)を参照。
その他の説明的な検出方法は、増幅過程のリアルタイムでの定量的評価を提供する。増幅過程の「リアルタイム」での評価は、増幅反応中持続的または一定期間ごとに反応混合物中の増幅産物の量を決定する工程と、決定値を用いて試料中に最初に存在した標的配列の量を計算する工程とを含む。リアルタイム増幅に基づく試料中の初期の標的配列の量を決定する種々の方法は、当該技術分野でよく知られている。このような方法として、米国特許第6,303,305号および第6,541,205号に開示の方法が挙げられ、ここでこれら各文献の全内容を参照により援用する。リアルタイム増幅に基づかない、試料中に最初に存在下標的配列の量を決定するその他の方法は、米国特許第5,710,029号に開示されており、ここで該文献の全内容を参照により援用する。
増幅産物は、ほとんどがステムループ構造を有する様々な自己ハイブリッド形成プローブを用いてリアルタイムに検出できる。このような自己ハイブリッド形成プローブは、プローブが自己ハイブリッド形成状態にあるか標的配列とハイブリッド形成する変容状態にあるかによって、検出可能なシグナルを異なって発するように標識されている。非限定例として、「分子トーチ(molecular torch)」は、結合領域(例えば、非ヌクレオチドリンカー)で結合し、所定のハイブリッド形成アッセイ条件下で互いにハイブリッド形成しあう、自己相補性を有する別々の領域(「標的結合領域」および「標的閉鎖領域」と称する)を有する、自己ハイブリッド形成プローブの1種である。好ましい実施形態において、分子トーチは、標的結合領域中に、1〜約20塩基の長さの、鎖置換条件下での増幅反応において存在する標的配列とのハイブリッド形成に利用可能な、1本鎖塩基領域を有する。鎖置換条件下では、標的結合領域に存在する1本鎖領域に結合し標的閉鎖領域の全てまたは一部を置換する標的配列の存在下を除き、分子トーチの、完全または部分的に相補の可能性のある、2つの相補領域のハイブリッド形成が好まれる。分子トーチの標的結合領域および標的閉鎖領域は、分子トーチが標的配列とハイブリッド形成するときと分子トーチが自己ハイブリッド形成するときとで異なるシグナルが生成されるように配置した、検出可能な標識または相互作用する標識の対(例えば、発光/消光剤)を有し、これにより非ハイブリッド形成分子トーチ存在下で試験試料中のプローブ:標的の2本鎖の検出を可能にする。分子トーチおよび様々な種類の相互作用する標識対は米国特許第6,534,274号に開示されており、ここで該文献の全内容を参照により援用する。
自己相補性を有する検出プローブの別の例は「分子ビーコン」である。「分子ビーコン」として、標的相補配列、増幅反応に存在する標的配列の非存在下の閉構造におけるプローブを保持するアフィニティ対(あるいは核酸アーム)、およびプローブが閉構造にあるときに相互作用する標識対を有する核酸分子がある。標的配列および標的相補配列のハイブリッド形成は、アフィニティ対のメンバーを分離し、これによりプローブを開構造にシフトする。この開構造へのシフトは標識対の低下した相互作用のため、例えば、フルオロフォアおよび消光剤(例えば、DABCYLおよびEDANS)で、検出可能である。分子ビーコンは、米国特許第5,925,517号および第6,150,097号に開示されており、ここで該文献の全内容を参照により援用する。
その他の自己ハイブリッド形成プローブは、当業者によく知られている。非限定例として、米国特許第5,928,862号(ここで該文献の全内容を参照により援用する)に開示されているもののような、相互作用する標識を有するプローブ結合対は、本発明における使用に適しているはずである。一塩基遺伝子多型(SNP)を検出するのに用いられるプローブシステムは、本発明においても利用できるはずである。さらなる検出システムとして、米国公開番号第20050042638号に開示される「分子スイッチ」があり、ここで該文献の全内容を参照により援用する。インターカレーティング色素(intercalating dye)および/または蛍光色素を含むもの等のその他のプローブもまた、本発明における増幅産物の検出に有用である。例えば、米国特許第5,814,447号(ここで該文献の全内容を参照により援用)を参照。
C.タンパク質検出
本発明の遺伝子融合は、これらには限られないが、タンパク質配列決定やイムノアッセイ等の当業者には既知の様々なタンパク質手法を用いて、切断されたETSファミリーメンバータンパク質またはキメラタンパク質として検出できる。
1.配列決定
タンパク質配列決定法の説明的な非限定例として、これらには限らないが、質量分析およびエドマン分解がある。
質量分析は、原則として、どのような大きさのタンパク質でも配列決定できるが、大きさが増すにつれ計算的に困難になる。タンパク質をエンドプロテアーゼにより消化し、得られた溶液を高圧液体クロマトグラフィー用のカラムに通す。このカラムの終端で、溶液は、高い陽電位に荷電された狭いノズルから質量分析計に噴射される。液滴上の電荷は、単一のイオンのみが残るまで細分化する。これらのペプチドは、その後細分化され、それらの断片の質量-電荷比を測定する。この質量スペクトルはコンピュータで解析され、多くの場合、それらの断片の配列を決定するため、過去に配列決定されたタンパク質のデータベースと比較される。その後、このプロセスを異なる消化酵素を用いて繰り返し、配列中の重複部分をそのタンパク質についての配列を構築するのに用いる。
エドマン分解反応においては、配列決定されるペプチドを固体表面(例えば、ポリブレン塗装したガラス繊維)上に吸着させる。エドマン試薬であるフェニルイソチオシアネート(PTC)を、吸着されたペプチドに、12%トリメチルアミンの弱塩基性緩衝液溶液とともに添加し、N末端アミノ酸のアミン基と反応させる。続いて、末端アミノ酸誘導体を、酸無水物の添加により選択的に脱離させる。この誘導体を異性化することにより、洗浄除去できかつクロマトグラフィで同定できる置換フェニルチオヒダントインを得、このサイクルは繰り返すことができる。各工程の効率は約98%であり、およそ50のアミノ酸を確実に決定できる。
2.イムノアッセイ
イムノアッセイの説明的な非限定例として、これらには限らないが、免疫沈降、ウェスタンブロット、ELISA、免疫組織化学的検査、免疫細胞化学、フローサイトメトリ、および免疫PCRがある。当業者に既知の様々な手法(例えば、比色、蛍光、化学発光または放射性)を用いて検出可能に標識したポリクローナルまたはモノクローナル抗体は、イムノアッセイにおける使用に好適である。
免疫沈降とは、抗原に特異的な抗体を用いて溶液から抗原を沈降させる手法である。このプロセスは、複合体中にあると考えられるタンパク質を標的とすることで、細胞抽出物中に存在するタンパク質複合体を同定するのにしようできる。これらの複合体は、タンパク質Aおよびタンパク質Gのように細菌から最初に単離された不溶性の抗体-結合タンパク質により、溶液から取り出される。この抗体はまた、溶液から容易に単離できるセファロースビーズにも結合させることができる。洗浄後、この沈殿を質量分析、ウェスタンブロット、または複合体中の成分を同定するためのあらゆるその他の方法により分析することができる。
ウェスタンブロット法、または免疫ブロット法とは、組織破砕物または抽出物の所定の試料中のタンパク質を検出するための方法である。変性したタンパク質を質量ごとにゲル電気泳動で分離する。これらのタンパク質は、その後、関心対象のタンパク質に特異的な抗体を用いて調べる場合、通常ポリ2フッ化ビニルまたはニトロセルロースの膜上にゲルから移す。結果として、研究者は所与の試料中のタンパク質の量を調べ、いくつかのグループ間でそのレベルを比較できる。
酵素結合免疫吸着アッセイ(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay)の省略形であるELISAは、試料中の抗体または抗原の存在を検出する生化学的手法である。一方が抗原に対して特異的であり他方が酵素に結合する、少なくとも2つの抗体を使用する。第2の抗体は、シグナルを生成するための発色性または蛍光発生的な基質を生じる。ELISAの変形法として、サンドイッチELISA、競合的ELISA、およびELISPOTがある。ELISAは、資料中の抗原の存在または抗体の存在を評価するために実施できるので、血清抗体濃度の決定であると同時に、抗原の存在の検出にも有用なツールである。
免疫組織化学的検査および免疫細胞化学とは、これらのそれぞれの抗体に結合している組織または細胞中の抗原の原理により、組織切片または細胞中でそれぞれタンパク質を局在化するプロセスを意味する。発色または蛍光タグで標識することで可視化できる。色タグの典型例として、これらには限らないが、西洋わさびペルオキシダーゼおよびアルカリホスファターゼがある。フルオロフォアタグの典型例として、これらには限らないが、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)またはフィコエリトリン(PE)がある。
フローサイトメトリは、流れる液体中に懸濁した微視的な粒子の計数、検査、および選別するための手法である。この手法は、光学的/電子的検出装置を流れる単一の細胞の物理的および/または化学特徴についての同時多様性解析を可能にする。単一周波数または色の光線(例えば、レーザー)を流体力学的に収束した流体束に向ける。いくつかの検出器は、その流れが光線を通過する点に向けられ、1つは光線と一致しており(前方散乱またはFSC)、いくつかはそれに(側方散乱(SSC)および1またはそれ以上の蛍光検出器)対して垂直である。光線を通過する各懸濁粒子は、何らかの方法でその光を散乱し、粒子中の蛍光化学物質は光源よりも低い周波数で発光に励起される。散乱光と蛍光の組み合わせは、検出器により捕捉され、各発光ピーク用の各検出器における輝度の変動を分析することにより、各々の粒子の物理的および化学構造に関する様々な事実を推定することができる。FSCは細胞体積と相関し、SSCは密度または粒子の内部複雑性(例えば、核の形状、細胞質顆粒の量や種類、または膜の粗さ)と相関している。
免疫ポリメラーゼ連鎖反応(IPCR)は、抗体ベースのイムノアッセイにおけるシグナル発生を増加させる核酸増幅手法を利用する。PCRのタンパク質等価物が存在しない、つまり、PCR中に複製されるのと同じ様式では核酸は複製できないので、検出感度を上げる唯一の方法は、シグナル増幅によるものである。これらの標的タンパク質は、オリゴヌクレオチドに直接的または間接的に抱合している抗体に結合している。非結合抗体を洗浄除去し、残留する結合抗体はこれらのオリゴヌクレオチドを増幅する。タンパク質検出は、リアルタイム法等の標準的な核酸検出方法を用いることで増幅オリゴヌクレオチドを介して起こる。
D.データ解析
いくつかの実施形態において、コンピュータベースの解析プログラムは、検出アッセイにより作製された生データ(例えば、所定の遺伝子融合またはその他のマーカーの存在、非存在、または量)を、臨床医のための予測値データに翻訳するのに使用される。臨床医は、任意の好適な手段を用いて予測データを利用できる。従って、いくつかの好ましい実施形態において、本発明は、遺伝学または分子生物学についておそらく学んでいないような臨床医が生データを理解する必要がないという、さらなる長所を提供する。本データは、最も有用な形態で臨床医に直接提示される。そうすると、臨床医は、患者のケアを最適化するための情報を即座に利用できる。
本発明は、情報を受け取り、処理し、そのアッセイを行っている実験室から/実験室へ送信することのできる各種方法を意図しており、これらの情報は、医療関係者や患者に提供できる。例えば、本発明のいくつかの実施形態において、試料(例えば、生検または血清または尿試料)は、患者から採取され、世界のどこか(例えば、患者が居住する国や情報が究極的に使用される場所とは異なる国)に位置するプロファイリングサービス(例えば、医療施設、ゲノムプロファイリング業者の臨床検査室等)に提出され、生データを作製する。この試料が組織またはその他の生物試料からなる場合、患者は、試料を採取しプロファイリングセンターに送付する医療センターに行くか、あるいは患者は自分で試料を採取し(例えば、尿試料)直接プロファイリングセンターに送付してもよい。試料が過去に決定された生物学的情報を含む場合、このような情報は、患者によって直接プロファイリングセンターに送付できる(例えば、コンピュータによりスキャンできる情報や電子通信システムを利用してプロファイリングセンターに送信するデータを有する)。プロファイリングサービスが試料を受取ると、試料は処理され、その患者が望む診断または予後の情報に特有のプロファイル(すなわち、発現データ)が作製される。
続いてこのプロファイルデータは、治療担当の臨床医による理解に好適なフォーマットで作製される。例えば、生の発現データを提供するのではなく、その作製フォーマットは、診断あるいはリスク評価(例えば、存在する癌の可能性)を、特定の治療の選択肢に関する推奨とともに示すことができる。このようなデータは、各種の好適な方法で臨床医に対して表示できる。例えば、いくつかの実施形態において、プロファイリングサービスは、遺伝子臨床医に対して印刷可能な報告書を作製したり(例えば、治療を行う場所で)、あるいはコンピュータのモニター上に臨床医に対して表示したりする。
いくつかの実施形態においては、このような情報はまず治療を行う場所または現地施設で解析する。その後、生データをさらに分析かつ/または臨床医または患者に有用な情報に生データを変換するのに、中央処理施設に送信する。この中央処理施設は、プライバシー(全データは統一されたセキュリティプロトコルを有する中央施設に保存されている)、速度、およびデータ解析の統一性について利点を提供する。続いて、この中央処理施設は、患者のデータに従った治療の末路を制御する。例えば、電子通信システムを利用して、この中央施設はデータを臨床医、患者、または研究者に提供できる。
いくつかの実施形態において、患者は、電子通信システムを利用して直接データにアクセスできる。患者は、この結果に基づいた、さらなる治療介入やカウンセリングを選択できる。いくつかの実施形態において、このデータは研究用途に使用される。例えば、データは、疾患の特定の状態または段階の有用な指標として、マーカーの包含や除去をさらに最適化するのに使用できる。
E.インビボイメージング
本発明の遺伝子融合は、インビボイメージング手法により検出することもでき、これらには限られないが、放射性核種イメージング、陽電子放射断層撮像(PET)、コンピュータ体軸断層撮像、X線または磁気共鳴イメージング法、蛍光検出、および化学発光検出が挙げられる。いくつかの実施形態において、インビボイメージング手法は、動物(例えば、ヒトまたは非ヒト哺乳動物)における癌マーカーの存在または発現を描出するのに使用される。例えば、いくつかの実施形態において、癌マーカーmRNAまたはタンパク質は、癌マーカーに特異的な標識抗体を用いて標識される。特異的に結合し標識された抗体は、これらには限られないが、放射性核種イメージング、陽電子放射断層撮像、コンピュータ体軸断層撮像、X線または磁気共鳴イメージング法、蛍光検出、および化学発光検出等のインビボイメージング法を用いることで、個体中で検出できる。本発明の癌マーカーに対する抗体の生成法を以下に述べる。
本発明のインビボイメージング法は、本発明の癌マーカー(例えば、前立腺癌)を発現する癌の診断に有用である。インビボイメージングは、癌の指標となるマーカーの存在を描出するのに用いられる。このような手法は、不快な生検を用いることなく、診断を可能にする。この本発明のインビボイメージング法は、癌患者に対する予後を提供するのにも有用である。例えば、癌の指標となるマーカーの存在は、おそらく検出できるであろう。本発明のインビボイメージング法は、体のその他の部分にある転移性癌を検出するのにさらに使用できる。
いくつかの実施形態において、本発明の癌マーカーに特異的な試薬(たとえば抗体)は、蛍光で標識される。これらの標識抗体は、(例えば、経口または非経口的に)患者に導入される。蛍光で標識した抗体は、各種の好適な方法(例えば、米国特許第6,198,107号に記載の装置を用いて。ここで参照により援用する)を利用して検出される。
別の実施形態において、抗体は放射性活性物質で標識される。インビボ診断のための抗体の使用は、当該技術分野でよく知られている。Sumerdonらは(Nucl.Med.Biol 17:247-254[1990])インジウム-111を標識として用いた放射免疫シンチグラフイによる腫瘍のイメージングのための最適化抗体-キレート剤を記載している。Griffinらは(J Clin Onc 9:631-640[1991])再発性結腸直腸癌を有する疑いのある患者内の腫瘍を検出する際の、この試薬の使用について記載している。常磁性イオンを磁気共鳴イメージングのための標識として有する同様の試薬の使用は当該技術分野で既知である(Lauffer,Magnetic Resonance in Medicine 22:339-342[1991])。使用する標識は、選択するイメージング様式による。インジウム-111、テクネチウム-99m、またはヨウ素-131等の放射性標識が、平面スキャンまたは単一光子放射型コンピュータ断層撮像(SPECT)に使用できる。フッ素-19のようなポジトロン放出標識は、陽電子放射断層撮像(PET)にも使用できる。MRIに対しては、ガドリニウム(III)またはマンガン(II)等の常磁性イオンが使用できる。
スカンジウム-47(3.5日間)ガリウム-67(2.8日間)、ガリウム-68(68分間)、テクネチウム-99m(6時間)、およびインジウム-111(3.2日間)等の1時間〜3.5日間の範囲の半減期を有する放射性金属が、抗体への結合に使用でき、そのうちガリウム-67、テクネチウム-99mおよびインジウム-111は、ガンマカメライメージングに好ましく、ガリウム-68は、陽電子放射断層撮像に好ましい。
このような放射性金属で抗体を標識する有用な方法は、例えば、In-111およびTc‐99mについてKhawら(Science 209:295[1980])、およびScheinbergら(Science 215:1511[1982])により記載されているようにジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)等の二官能性キレート化剤によるものである。その他のキレート化剤も使用できるが、抗体の免疫活性に対して実質的に影響を及ぼすことなく結合を可能にするので、1-(p-カルボキシメトキシベンジル)EDTAおよびDTPAのカルボキシ酸炭酸無水物(carboxycarbonic anhydride)は有用である。
DPTAをタンパク質に結合させる別の方法として、Hnatowichら(Int.J.Appl.Radiat.Isot.33:327[1982])に記載されるように、アルブミンをIn-111で標識するためにDTPAの環状無水物を使用する方法があるが、この方法は抗体の標識に適用できる。キレート化を利用しないで抗体をTc‐99mで標識する好適な方法として、Crockfordらの錫めっき前処理(pretinning)がある(米国特許第4,323,546号、ここで参照により援用する)。
免疫グロブリンをTc‐99mで標識する好ましい方法は、Wongらによって(Int.J.Appl.Radiat.Isot.,29:251[1978])血漿タンパク質について記載されており、最近ではWongらが(J.Nucl.Med.,23:229[1981])抗体標識への応用に成功した。
特定の抗体に結合した放射性金属の場合、その免疫特異性を損なうことなく抗体分子中にできるだけ高い比率の放射性標識を導入することが同様に望ましい。さらなる改良は、抗体上の抗原結合部位が確実に保護されるように、本発明の特定の癌マーカーの存在下で放射性標識をもたらすことにより達成できる。この抗原は、標識後に分離される。
また別の実施形態においては、インビボバイオフォトニックイメージング(Xenogen社、米国カリフォルニア州アルメダ)をインビボイメージングに利用する。このリアルタイムインビボイメージングではルシフェラーゼを用いる。ルシフェラーゼ遺伝子は細胞、微生物、および動物(例えば、本発明の癌マーカーを有する融合タンパク質)に組込まれる。活性時は、光を発する反応に至る。CCDカメラおよびソフトウェアを画像を捕捉し解析するのに用いる。
F.組成物およびキット
本発明の診断法において用いるための組成物として、これらには限らないが、プローブ、増幅オリゴヌクレオチド、および抗体がある。特に好ましい組成物は、ARGまたはHGがETSファミリーメンバー遺伝子と融合するときのみに産物を検出する。これらの組成物は、ARGまたはHGの転写制御領域由来の5´部分がETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分に融合している接合部とハイブリッド形成する配列(すなわち、遺伝子融合接合部に広がる);第1の増幅オリゴヌクレオチドがARGまたはHGの転写制御領域とハイブリッド形成する配列を含み、第2の増幅オリゴヌクレオチドがETSファミリーメンバー遺伝子とハイブリッド形成する配列を含む、1対の増幅オリゴヌクレオチド;ETSファミリーメンバー遺伝子へのARGまたはHGの転写制御領域の融合から生じた、アミノ末端で切断されたETSファミリーメンバータンパク質に対する抗体;あるいはARGまたはHGの転写制御領域由来のアミノ末端部分とETSファミリーメンバー遺伝子由来のカルボキシ末端部分とを有するキメラタンパク質に対する抗体を含む、単一の標識されたプローブを含む。しかしながらその他の有用な組成物は、第1の標識されたプローブがARGまたはHGの転写制御領域とハイブリッド形成する配列を含み、第2の標識されたプローブがETSファミリーメンバー遺伝子とハイブリッド形成する配列を含む、1対の標識されたプローブを含む。
これらの組成物のいずれもが、それ自身あるい本発明のその他の組成物との組み合わせで、キットの形態で提供できる。例えば、単一の標識されたプローブおよび1対の増幅オリゴヌクレオチドを本発明の遺伝子融合の増幅および検出のためにキットとして提供できる。キットは、適切な対照物および/または検出試薬をさらに含んでいてもよい。本発明のプローブおよび抗体組成物はまた、アレイの形で提供してもよい。
IV.予後への応用
本発明の開発の過程で実施した実験は、本発明の遺伝子融合と前立腺癌を有する患者の予後との間の緊密な相関関係を実証した(例えば、以下の実施例5を参照)。TMPRSS2とERGとの間にあるゲノムDNAの欠失から融合が起こっている症例においては特に、癌細胞がより侵襲性表現型をとることがわかってきた。従って、いくつかの実施形態において、介在DNAの欠失のある、TMPRSS2とERGとの間の遺伝子融合を検出できるアッセイは、予後を提供し、医師が適切な治療法を決定する手助けとして用いられる。例えば、いくつかの実施形態において、この特定の再配列有する腫瘍をもつ患者はこれらの予後が再配列のない患者に比べて著しく悪いので、より集中的に治療される。
任意のアッセイが、細胞が先に考察された種類の再配列を有して存在しているかどうかを決定するのに使用できる(例えば、上述のもの)。
最も好ましくは、本発明は前立腺癌患者の予後を得ることと関連しても用いられるが、その他の上皮細胞腫瘍もまた検討され、本願明細書に記載のアッセイおよびプローブは、腫瘍由来の癌性細胞がこれらを特に高悪性度、すなわちおそらく侵襲性および転移性にする再配列を有するかどうかを決定するのに使用されうる。この方法を用いることを特徴とする腫瘍の例として、胸部、肺、結腸、卵巣、子宮、食道、胃、肝臓、腎臓、脳、皮膚、および筋肉の腫瘍がある。これらのアッセイは、細胞株や動物モデルでこれらの癌を研究する研究者にとっても価値のあるものであろう。
本発明の過程で実施したさらなる実験は、欠失領域に位置する1またはそれ以上の遺伝子の発現が失われているかどうかを決定するために試料を分析することで染色体欠失が検出できることを実証した。例えば、およそ2.8メガベースのゲノムDNAは、通常、TMPRSS2とERGとの融合を形成する際に欠失し、この欠失時この領域に位置する少なくとも4つの遺伝子が失われる。これらは、ETS2遺伝子、WRB遺伝子、PCP4遺伝子、およびMXl遺伝子である。癌性前立腺細胞に存在する1またはそれ以上の減少は、予後不良を示唆している。
従って、いくつかの実施形態において、本発明は、癌関連の再配列の指標となる、上皮細胞における染色体DNAの欠失を分析する方法を提供するものであり、この方法は、第1のプローブが少なくとも15ヌクレオチドの長さ(例えば、少なくとも15、20、35等)であり、第1の蛍光標識に結合し、かつ厳密条件下でヒトゲノム内の第1の配列とハイブリッド形成し、この第1の配列はアンドロゲン応答性遺伝子(例えば、TMPRSS2遺伝子)またはETSファミリー遺伝子(例えば、ERG遺伝子、ETV1遺伝子、またはETV4遺伝子)の少なくとも一部を含み、第2のプローブが少なくとも15ヌクレオチドの長さであり、第1の蛍光標識とは異なる第2の蛍光標識に結合し、かつアンドロゲン応答性遺伝子(例えば、TMPRSS2遺伝子)またはETSファミリー遺伝子(例えば、ERG遺伝子、ETV1遺伝子、またはETV4遺伝子)の少なくとも一部を含む、前記第1の配列とは異なるヒトゲノム中の第2の配列と厳密条件下でハイブリッド形成する、少なくとも第1および第2のプローブを用いてFISH分析を行う工程を含む。
別の実施形態においては、本発明は、癌関連の再配列の指標となる上皮細胞(例えば、前立腺細胞)におけるゲノムDNAの欠失を分析する方法を提供し、この方法は、上皮細胞の試験試料を得る工程と、これらには限られないが、ETS2、WRB、PCP4、およびMXlを含む群より選ばれる1つまたはそれ以上の遺伝子の発現レベルを決定するために、上皮細胞の試料を分析する工程と、工程(b)で決定した発現レベルを対照試料中のレベルと比較する工程と、試験試料中のその遺伝子について決定した発現レベルが対照試料のものより低ければ、欠失が起こったと結論する工程とを含む。
V.薬剤スクリーニングへの応用
いくつかの実施形態において、本発明は、薬剤スクリーニングアッセイ(例えば、抗癌剤のスクリーニング)を提供する。本発明のこのスクリーニング法は、本発明の方法、例えばこれらには限られないが、本発明の遺伝子融合)により同定したがんマーカーを利用するものである。例えば、いくつかの実施形態において、本発明は、遺伝子融合の発現を変化させる(例えば減少させる)化合物のスクリーニング法を提供する。これらの化合物または作用物質は、例えばプロモーター領域との、相互作用によって転写を妨げる可能性がある。このような化合物または作用物質は、融合により生成されたmRNAを阻害する可能性がある(例えば、RNA干渉、アンチセンス技術等)。これらの化合物または作用物質は、融合に関する生物学的活性の上流または下流である経路を妨げる可能性がある。いくつかの実施形態において、候補化合物は、癌マーカーに対するアンチセンスまたは干渉RNA剤(例えば、オリゴヌクレオチド)である。その他の実施形態において、候補化合物は、癌マーカー制御因子または本発明の発現産物に特異的に結合し、その生物学的機能を阻害する抗体または小分子である。
あるスクリーニング法においては、候補化合物は、化合物を癌マーカーを発現する細胞に接触させた後、候補化合物の発現に対する効果について分析することで、癌マーカー発現を変質させる能力について評価される。いくつかの実施形態において、候補化合物の癌マーカー遺伝子の発現に対する効果は、細胞により発現された癌マーカーmRNAのレベルを検出することで評価できる。mRNA発現は、各種の好適な方法により検出できる。その他の実施形態において、候補化合物の癌マーカー遺伝子の発現に対する効果は、癌マーカーによりコードされたポリペプチドのレベルを測定することにより評価できる。発現されたポリペプチドのレベルは、これらには限られないが、本願明細書中で開示されたもの等の各種の好適な方法によって測定できる。
具体的には、本発明は、修飾物質、すなわち、本発明の癌マーカーに結合し、例えば、癌マーカー発現または癌マーカー活性に対して阻害(または促進)効果、あるいは、例えば、癌マーカー基質の発現または活性に対して促進または阻害効果を有する候補または試験化合物または作用物質(例えば、タンパク質、ペプチド、ペプチド模倣体、ペプトイド、小分子またはその他の作用物質)を同定するためのスクリーニング法を提供する。従って、同定された化合物は、標的遺伝子産物の生物学的機能を構成、あるいは正常な標的遺伝子相互作用を妨害する化合物を同定するために、標的遺伝子産物(例えば、癌マーカー遺伝子)の活性を直接的または間接的に治療プロトコルにおいて調節するのに用いることができる。癌マーカーの活性または発現を阻害する化合物は、増殖性疾患、例えば癌、特に前立腺癌の治療において有用である。
一実施形態において、本発明は、癌マーカータンパク質またはポリペプチドまたはその生物学的活性部分の基質である候補化合物または試験化合物を選定するアッセイを提供する。別の実施形態において、本発明は、癌マーカータンパク質またはポリペプチドまたはその生物学的活性部分に結合またはそれらの活性を調節する候補化合物または試験化合物をスクリーニングするアッセイを提供する。
本発明の試験化合物は、生物学的ライブラリ、ペプトイドライブラリ(ペプチドの機能性を有するが、酵素分解に耐性を示すが生物活性を維持する新規の非ペプチド主鎖を有する分子のライブラリ、例えば、Zuckennann et al.,J.Med.Chem.37:2678-85[1994]を参照)、空間的位置指定可能な並行固相または溶液相ライブラリ、逆重畳を要する合成ライブラリ方法、「1-ビーズ1-化合物」ライブラリ方法、およびアフィニティクロマトグラフィ選別を用いた合成ライブラリ方法等の当該技術分野で既知のコンビナトリアルライブラリ方法における数多くの各種アプローチを用いることで得ることができる。その他の4つのアプローチが化合物のペプチド、非ペプチドオリゴマー、または小分子ライブラリに適用できるのに対し、生物学的ライブラリおよびペプトイドライブラリのアプローチは、ペプチドライブラリで用いるのが好ましい(Lam(1997)AntiCancer Drug Des.12:145)。
分子ライブラリの合成法の例は、当該技術分野で見つけることができ、例えば、DeWitt et al,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.90:6909[1993];Erb et al,Proc.Nad.Acad.Sci.USA 91:11422[1994]、Zuckermann et al,J.Med.Chem.37:2678[194]、Cho et al,Science 261:1303[1993];Carrell et al,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.33.2059[1994]、Carell et al,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.33:2061[1994]、およびGallop et al,J.Med.Chem.37:1233[1994]がある。
化合物のライブラリは、溶液中(例えば、Houghten,Biotechniques 13:412-421[1992])、またはビーズ(Lam,Nature 354:82-84[1991])、チップ(Fodor,Nature 364:555-556[1993])、細菌または胞子(米国特許第5,223,409号、ここで参照により援用)、プラスミド(Cull et al.,Proc.Nad.Acad.Sci.USA 89:18651869[1992])、またはファージ(ScottおよびSmith,Science 249:386-390[1990];Devlin Science 249:404-406[1990];Cwirla et al,Proc.Natl.Acad.Sci.87:6378-6382[1990];Felici,J.Mol.Biol.222:301[1991])上に示してもよい。
一実施形態において、アッセイは、癌マーカーmRNAまたはタンパク質またはその生物学的活性部分を発現する細胞を試験化合物と接触させて、試験化合物の癌マーカーの活性を調節する能力を決定する細胞ベースのアッセイである。試験化合物の癌マーカー活性を調節する能力は、例えば、酵素活性、破壊、またはmRNA等の変化をモニターすることで決定できる。
化合物に結合している癌マーカー、例えば、癌マーカー基質または修飾物質を調節する試験化合物の能力も、評価できる。このことは、例えば、化合物、例えば基質の、癌マーカーに対する結合が複合体中の標識された化合物、例えば基質を検出することで決定できるように、化合物、例えば基質を放射性同位元素または酵素標識に結合させることで、達成できる。
あるいは、癌マーカーは、試験化合物の、複合体中で癌マーカー基質と結合している癌マーカーを調節する能力をモニターするため、放射性同位元素または酵素標識に結合する。例えば、化合物(例えば、基質)を125I、35S、14CまたはHで、直接的または間接的に標識でき、このような放射性同位元素は電波放射の直接計数またはシンチレーション測定により検出できる。あるいは、化合物は、例えば、西洋わさびペルオキシダーゼ、アルカリホスファターゼ、またはルシフェラーゼを用いて酵素的に標識でき、このような酵素標識は適当な基質の産物への転換の決定により検出できる。
化合物(例えば、癌マーカー 基質)の、各種の相互作用物の標識あり/無しでの癌マーカーとの相互作用能力が評価できる。例えば、ミクロフィジオメーターは、化合物または癌マーカーの標識なしで、化合物の癌マーカーとの相互作用を検出するのに用いることができる(McConnell et al Science 257:1906-1912[1992])。本願明細書において使用されるように、「ミクロフィジオメーター」(例えば、サイトセンサー)は、LAPS(light‐addressable potentiometric sensor)を用いて、細胞がその環境を酸性化する速度を測定する分析装置である。この酸性化速度の変化は化合物と癌マーカーとの間の相互作用の指標として用いることができる。
またその他の実施形態では、癌マーカータンパク質またはその生物学的活性部分を試験化合物に接触し、試験化合物の、癌マーカータンパク質、mRNA、またはその生物学的活性部分に対する結合能を評価する無細胞アッセイが提供される。本発明のアッセイにおいて使用される癌マーカータンパク質またはmRNAの好ましい生物学的活性部分は、基質またはその他のタンパク質との相互作用に関与する断片、例えば、高表面確率スコアを有する断片を含む。
無細胞アッセイは、2成分を相互作用および結合させるに十分な条件下および時間で標的遺伝子タンパク質および試験化合物の反応混合物を調製する工程を含むので、除去および/または検出可能な複合体を形成する。
2分子間の相互作用は、例えば、蛍光エネルギー移動(FRET)(例えば、Lakowiczらの米国特許第5,631,169号;Stavrianopoulosらの米国特許第4,968,103号を参照、ここで各文献を参照により援用する)を利用しても検出できる。フルオロフォア標識は、第1のドナー分子の発する蛍光エネルギーが、今度は吸収したエネルギーにより蛍光を発することのできる第2の「アクセプター」分子上で蛍光標識により吸収されるように選択される。
あるいは、「ドナー」タンパク質分子として、トリプトファン残基の自然蛍光エネルギーを単に利用してもよい。「アクセプター」分子標識が「ドナー」のものとは区別できるように、異なる波長の光を発する標識が選ばれる。標識間のエネルギー移動の効率は分子を分離する距離と関連しているので、分子間の空間的関係を評価できる。分子間で結合が起こる状況においては、「アクセプター」分子標識の蛍光発光が最大となるはずである。FRET結合現象は、当該技術分野でよく知られる標準的な蛍光定量検出手段(例えば、蛍光光度計)で簡便に測定できる。
別の実施形態において、癌マーカータンパク質またはmRNAの標的分子に対する結合能の決定は、リアルタイム生体分子相互作用分析(BIA)を利用して達成できる(例えば、SjolanderおよびUrbaniczky、Anal.Chem.63:2338-2345[1991]およびSzabo et al.Curr.Opin.Struct.Biol.5:699-705[1995]を参照)。「表面プラズモン共鳴」または「BIA」は、いずれの相互作用物(例えば、BlAcore)も標識することなく、リアルタイムで生物特異性相互作用を検出する。結合表面での質量変化(結合現象の指標)は、表面近くでの屈折率の変化を生じ(表面プラズモン共鳴(SPR)の光学的現象)、生物学的分子間でのリアルタイムの反応の指標として利用できる検出可能なシグナルを生じる。
一実施形態において、標的遺伝子産物または試験物質は、固相上に固着される。固相に固着した標的遺伝子産物/試験化合物複合体は、反応終了時に検出できる。好ましくは、この標的遺伝子産物は、固体表面上に固着できるものであり、(固着していない)試験化合物は、本願明細書で述べている検出可能な標識で直接または間接的に標識できる。
タンパク質の一方または両者の非複合化された型から複合化されたもの分離を促進するため、アッセイの自動化に対応することはもちろん、癌マーカー、抗癌マーカー抗体またはその標的分子を固定化することも好ましい場合がある。試験化合物の癌マーカータンパク質との結合、候補化合物の存在および非存在下での癌マーカータンパク質の標的分子との相互作用は、反応物をいれるのに好適などのような容器においても達成できる。このような容器の例として、マイクロタイタープレート、試験管、およびミクロ遠心管がある。一実施形態において、これらタンパク質の一方または両者をマトリックスに結合させることのできる領域を加える融合タンパク質が提供できる。例えば、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ-癌マーカー融合タンパク質またはグルタチオン-S-トランスフェラーゼ/標的融合タンパク質は、グルタチオンセファロースビーズ(シグマケミカル社、米国ミズーリ州セントルイス)またはグルタチオン-誘導体化マイクロタイタープレート上に吸着でき、その後、試験化合物または試験化合物および非吸着標的タンパク質または癌マーカータンパク質と混合し、その混合物を複合体形成をもたらす条件下で(例えば、塩およびpHに関する生理学的条件で)恒温放置する。恒温放置の後、例えば上述のように、これらのビーズまたはマイクロタイタープレートのウェルを洗浄してすべての非結合成分、ビーズの場合は固定化されたマトリックスを除去し、複合体を直接的または間接的に決定する。
あるいは、これらの複合体をマトリックスから分離し、標準的な手法を利用して癌マーカーの結合または活性のレベルを決定することができる。癌マーカータンパク質または標的分子のいずれかをマトリックス上に固定化するためのその他の手法は、ビオチンとストレプトアビジンの結合を利用することを含む。ビオチン化癌マーカータンパク質または標的分子は、ビオチン-NHS(N-ヒドロキシ-サクシンイミド)から当該技術分野で知られる手法(例えば、ビオチン化キット、ピアスケミカル社、米国イリノイ州ロックフォード)を用いて調製でき、ストレプトアビジンで被覆した96ウェルプレート(ピアスケミカル社)のウェル中に固定化される。
このアッセイを実施するために、非固定化成分を、固着成分を含有する被覆表面に添加する。反応が完了すると、未反応成分は、形成されたすべての複合体が固体表面上に固定化されたままとなるような条件下で、(例えば、洗浄により)除去する。固体表面に固着した複合体は、いくつかの方法により検出できる。前もって非固定化された成分が予め標識されている場合、表面に固定化された標識の検出は、複合体が形成されたことを示す。予め非固定化された成分が予め標識されている場合、間接標識を、例えば、固定化成分に特異的な標識抗体を用いて、表面に固着した複合体を検出するのに用いることができる(今度はこの抗体が、例えば、標識抗IgG抗体で直接的に標識または間接的に標識できる)。
このアッセイは、癌マーカータンパク質または標的分子と反応性を示すが、癌マーカータンパク質のその標的分子との結合を妨げない抗体を用いて実施される。このような抗体は、プレートのウェル、および非結合標的またはウェル中に捕捉されたに癌マーカータンパク質に対し、抗体結合により誘導体化される。これらの複合体の検出法は、GST‐固定化複合体についての上記のものに加え、癌マーカータンパク質または標的分子に関わる酵素活性の検出による酵素結合アッセイはもちろん、癌マーカータンパク質または標的分子と反応性のある抗体を用いた複合体の免疫検出を含む。
あるいは、無細胞アッセイを、液相中で行うことができる。このようなアッセイにおいて、これらの反応産物は、これらには限られないが、分画遠心分離(例えば、Rivas and Minton,Trends Biochem Sci 18:284-7[1993])、クロマトグラフィ(ゲルろ過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー)、電気泳動(例えば、Ausubel et al.,eds.Current Protocols in Molecular Biology 1999,J.Wiley:New Yorkを参照)、および免疫沈降(例えば、Ausubel et al.,eds.Current Protocols in Molecular Biology 1999,J.Wiley:New Yorkを参照)等のいくつかの標準的な手法によって、未反応成分から分離される。このような樹脂およびクロマトグラフ的手法は、当業者に既知である(例えば、Heegaard J.Moi.Recognit 11 :141-8[1998]、Hageand Tweed J.Chromatogr.Biomed.Sci.Appl 699:499-525[1997]を参照)。さらに、蛍光エネルギー移動は、本願明細書に記載されるように、溶液から複合体をさらに精製することなく結合を検出するのにも簡便に利用できる。
本アッセイは、癌マーカー、タンパク質、mRNA、またはその生物学的活性部分をアッセイ混合物を形成するように癌マーカーを結合させる既知の化合物に接触させること、このアッセイ混合物を試験化合物に接触させること、および試験化合物の、癌マーカータンパク質、またはmRNAと相互作用する能力を決定することを含むことができ、試験化合物の、癌マーカータンパク質またはmRNAとの相互作用能力の決定は、既知の化合物と比較して、試験化合物の、癌マーカーまたはその生物学的活性部分に優先的に結合、あるいは標的分子の活性を調節する能力を決定することを含む。
癌マーカーがインビボで1またはそれ以上の細胞内または細胞外の、タンパク質等の巨大分子と相互作用できる限りは、このような相互作用の阻害剤は有用である。均一系アッセイは、阻害剤を同定するのに利用できる。
例えば、標的遺伝子産物と相互作用的な細胞内または細胞外結合パートナー産物との予め形成された複合体は、標的遺伝子産物またはこれらの結合パートナーは標識されるが、標識により生成されたシグナルは複合体形成により停止されるように調製される(例えば、イムノアッセイに対するアプローチをとっている米国特許第4,109,496号を参照し、ここで参照により援用する)。予め形成された複合体と競合し、プリフォーム複合体から1つの種を置き換える試験物質の添加は、バックグラウンドを超えるシグナルの発生を引き起こすことになる。このようにして、標的遺伝子産物-結合パートナー相互作用を乱す試験物質を同定できる。あるいは、癌マーカータンパク質は、癌マーカー(「癌マーカー-結合タンパク質」または「癌マーカー-bp」)と結合または相互作用し、癌マーカー活性に関与するその他のタンパク質を同定するために、ツーハイブリッドアッセイまたはスリーハイブリッドアッセイにおいて「ベイトタンパク質」として使用できる(例えば、米国特許第5,283,317号、Zervos et al.,Cell 72:223-232[1993];Madura et al.,J.Biol.Chem.268.12046-12054[1993];Bartel et al.,BioTechniques 14:920-924[1993];Iwabuchi et al.,Oncogene 8:1693-1696[1993];およびBrentのWO94/10300、ここで各文献を参照により援用)。これらのような癌マーカー-bpは、例えば、癌マーカー介在性シグナル経路の下流要素として、癌マーカータンパク質または標的により、シグナルの活性化剤または阻害剤となりうる。
癌マーカー発現の促進物質を同定することができる。例えば、細胞または無細胞混合物を候補化合物と接触させ、癌マーカーmRNAまたはタンパク質の発現を、候補化合物の非存在下での癌マーカーmRNAまたはタンパク質の発現レベルと比較して評価できる。癌マーカーmRNAまたはタンパク質の発現が、 候補化合物の非存在下よりも存在下で高い場合、この候補化合物は、癌マーカーmRNAまたはタンパク質発現の促進剤であると同定される。あるいは、癌マーカー、mRNAまたはタンパク質の発現が候補化合物の非存在下に比べて存在下で少ない(すなわち、統計的に顕著に少ない)場合、この候補化合物は、癌マーカー、mRNA、またはタンパク質発現の阻害剤であると同定される。癌マーカー、mRNA、またはタンパク質の発現レベルは、癌マーカー、mRNA、またはタンパク質を検出するための本願明細書に記載の方法により決定できる。
調節剤は、細胞ベースのまたは無細胞アッセイを利用して同定でき、この調節剤が癌マーカータンパク質の活性を調節する能力は、例えば、疾患について、動物モデルのような動物において、(例えば、前立腺癌または転移性前立腺癌を有する動物、または動物由来の前立腺癌の異種移植をもつ動物モデルのような動物(例えば、ヒト)または前立腺癌の転移から生じた癌由来の細胞(例えば、リンパ節、骨、または肝臓への転移)、あるいは前立腺癌細胞株由来の細胞において、インビボで確認することができる。
本発明はさらに、上記スクリーニングアッセイ(例えば、癌治療の以下の記載を参照)により同定された新規薬剤に関する。従って、本願明細書に記載のように同定された作用物質(例えば、癌マーカー調節剤、アンチセンス癌マーカー核酸分子、siRNA分子、癌マーカー特異性抗体、または癌マーカー-結合パートナー)を、このような薬剤を用いた治療の効力、毒性、副作用、または作用機序を決定するために、適切な動物モデル(例えば、本願明細書に記載のもの)においてさらに使用することは、本発明の範囲内である。さらにまた、上記スクリーニングアッセイによって同定された新規作用物質は、例えば、本願明細書に記載のように、治療に用いることが可能である。
VI.治療への応用
いくつかの実施形態において、本発明は、癌(例えば、前立腺癌)の治療法を提供する。いくつかの実施形態において、治療法は、本発明の遺伝子融合を直接的または間接的に標的とする。
A.RNA干渉およびアンチセンス療法
いくつかの実施形態において、本発明は、遺伝子融合の発現を標的とする。例えば、いくつかの実施形態において、本発明は、オリゴマーアンチセンスまたはRNAi化合物、特にオリゴヌクレオチド(例えば、上述の薬物スクリーニング法で同定されたもの)を含有する組成物を、本発明の癌マーカーをコードする核酸分子の機能を調節し、究極的には発現される癌マーカーの量を調節する際の使用に用いる。
1.RNA干渉(RNAi)
いくつかの実施形態において、RNAiは、融合タンパク質機能を阻害するのに用いられる。RNAiは、ヒトを含む多くの真核生物における外来遺伝子の発現を制御するために、進化の過程で保存された細胞性生体防御を表す。RNAiは典型的に2本鎖RNA(dsRNA)により誘発されて、dsRNAに応答して相同な1本鎖標的RNAの配列特異的なmRNA分解を引き起こす。mRNA分解の介在物質は、通常、長鎖dsRNAから細胞中の酵素切断により産生される、低分子干渉RNA(siRNA)2本鎖である。siRNAは一般的に、およそ21ヌクレオチドの長さ(例えば21〜23ヌクレオチドの長さ)であり、2つのヌクレオチド3´-オーバーハングで特徴づけられる塩基対構造を有する。小分子RNAまたはRNAiの細胞中への導入後、この配列は、RISC(RNA誘導型サイレンシング複合体)とよばれる酵素複合体に送達されると考えられている。RISCは標的を認識し、エンドヌクレアーゼで切断する。より大きなRNA配列が細胞に送達された場合、RNaseIII酵素(Dicer)は、より長いdsRNAを21〜23ntのds-siRNA断片に変換することがよく知られている。いくつかの実施形態において、RNAiオリゴヌクレオチドは融合タンパク質の接合部領域を標的するように設計される。
化学的に合成されたsiRNAは、培養体細胞細胞における哺乳類の遺伝子機能の全ゲノム的解析に対し強力な試薬となってきた。遺伝子機能を確認するこのような価値以外に、siRNAは、遺伝子特異性治療薬として大変な可能性も有している(Tuschl and Borkhardt,Molecular Intervent.2002;2(3):158-67、ここで参照により援用する)。
動物細胞へのsiRNAのトランスフェクトは、所定の遺伝子の強力で持続的な転写後抑制をもたらす(Caplen et al.,Proc Natl Acad Sci U.S.A.2001;98:9742-7、Elbashir et al.,Nature.2001;411 :494-8、Elbashir et al.,Genes Dev.2001;15:188-200、およびElbashir et al.,Embo J.2001;20:6877-88、これら全ての文献をここで参照により援用する)。siRNAを用いてRNAiを実施するための方法および組成物は、例えば米国特許第6,506,559号に記載されており、ここで参照により援用する。
siRNAは、標的RNAの量を減らすのに極めて効果的であり、伸長タンパク質により、多くの場合には検出不能なレベルまで低下させる。この発現抑制効果は、数ヶ月持続し、標的RNAとsiRNAの中心領域との間の1つのヌクレオチドミスマッチが多くの場合に発現抑制を防ぐのに十分であることから、極めて特異的である(Brummelkamp et al.,Science 2002;296:550-3、およびHolen et al.,Nucleic Acids Res.2002;30:1757-66、これら両文献をここで参照により援用する)。
siRNAの設計において重要な因子は、siRNA結合に対して到達可能な部位の存在である。Bahoiaらは(J.Biol.Chem.、2003;278:15991-15997;ここで参照により援用する)走査アレイとよばれるDNAアレイの1種の、効果的なsiRNAを設計するためにmRNA中の到達可能な部位を見つけるための使用について記載している。これらのアレイは、物理的バリア(マスク)を用いて各塩基を配列中に段階的に加えて合成される、通常Comersのような、モノマーからある最大の大きさにわたるオリゴヌクレオチドを含む。従って、これらのアレイは、標的遺伝子の領域の完全オリゴヌクレオチド補体を表す。標的mRNAのこれらのアレイとのハイブリッド形成は、標的mRNAのこの領域の徹底的な到達性プロファイルを提供する。このようなデータは、有効性および標的特異性を保持するためにオリゴヌクレオチド長と結合親和性との間の折り合いを達成することが重要な場合の、アンチセンスオリゴヌクレオチド(7塩基長から25塩基長の範囲)の設計に有用である(Sohail et al.,Nucleic Acids Res.,2001;29(10):2041-2045)。siRNAの選択に関するさらなる方法および関連事項は、例えば、WO 05054270、WO 05038054A1、WO 03070966A2、J Mol Biol.2005 May 13;348(4):883-93、J Mol Biol.2005 May 13;348(4):871-81、およびNucleic Acids Res.2003 Aug 1;31(15):4417-24に記載されており、ここで各文献の全内容を参照により援用する。さらにまた、siRNAの選択の際の使用のために、ソフトウェア(例えば、MWGオンラインsiMAX siRNAデザインツール)が市販または一般に公開されている。
2.アンチセンス
その他の実施形態において、融合タンパク質発現は、本発明の癌マーカーをコードする1またはそれ以上の核酸と特異的にハイブリッド形成する、アンチセンス化合物を用いて調節される。オリゴマー化合物の標的核酸との特異的ハイブリッド形成は、核酸の正常機能に影響を及ぼす。標的核酸の機能をそれと特異的にハイブリッド形成する化合物により調整することを、一般的に「アンチセンス」という。影響を受けるDNAの機能として、複製および転写がある。影響を受けるRNAの機能は、例えば、タンパク質翻訳の部位への転位、タンパク質のRNAからの翻訳、1またはそれ以上のmRNA種を与えるようなRNAのスプライシング、およびRNAに関与するまたはRNAに促進される触媒活性等のすべての重要な機能を含む。標的核酸機能に対するこのような阻害の総合的な効果は、本発明の癌マーカーの発現の調整である。本発明において、「調整」とは、遺伝子の発現における増大(促進)または減少(阻害)を意味する。例えば、発現は、腫瘍増殖を強力に防ぐために阻害されるかもしれない。
アンチセンスに対して特異的な核酸を標的とすることが好ましい。本発明において、アンチセンス化合物を特定の核酸に対して「標的する」ことは、多段階プロセスである。このプロセスは、通常、機能を調節する核酸配列の同定で始まる。これは、例えば、特定の疾患または病状に関わる細胞遺伝子(または遺伝子から転写されたmRNA)、または感染病原体由来の核酸分子である。本発明において、標的は、本発明の遺伝子融合をコードする核酸分子である。標的プロセスは、所望の効果、例えば、タンパク質の発現の検出または調整が起こるように、アンチセンス相互作用が起こるための遺伝子内の1部位または複数の部位の決定も含む。本発明の範囲において、好ましい遺伝子内の部位は、遺伝子の翻訳領域(ORF)の翻訳開始または終止コドンを含む領域である。翻訳開始コドンは通常5´-AUG(転写されたmRNA分子において;対応するDNA分子においては5´-ATG)であるので、この翻訳開始コドンは「AUGコドン」、「開始コドン」、または「AUG開始コドン」ともよばれる。遺伝子の少数は、RNA配列5´-GUG、5´-UUGまたは5´-CUG、および5´-AUAを含む翻訳開始コドンを有しており、5´-ACGおよび5´-CUGはインビボで機能することが示されている。従って、「翻訳開始コドン」および「開始コドン」は、各例における開始アミノ酸が通常メチオニン(真核生物において)またはホルミルメチオニン(原核生物において)であるにもかかわらず、多くのコドン配列を包含する可能性がある。真核生物および原核生物遺伝子は、2またはそれ以上の別の開始コドン有している可能性もあり、これらのいずれもが特定の細胞型または組織中または特定の条件下で、翻訳開始に優先的に用いられる可能性がある。本発明において、「開始コドン」および「翻訳開始コドン」とは、このようなコドン配列に関わらず、本発明の腫瘍抗原をコードする遺伝子から転写されたmRNAの翻訳をインビボで開始するのに用いられる1つまたは複数のコドンを意味する。
遺伝子の翻訳終止コドン(または「停止コドン」)は、3つの配列(すなわち、5´-UAA、5´-UAG、および5´-UGAであり、対応するDNA配列はそれぞれ5´-TAA、5´-TAG、および5´-TGA)のうちの1つを有する可能性がある。「開始コドン領域」および「翻訳開始コドン領域」とは、翻訳開始コドンからいずれかの方向(すなわち、5´または3´)で約25から約50の近接するヌクレオチドを含むこのようなmRNAまたは遺伝子の部分を意味する。同様に、「停止コドン領域」および「翻訳終止コドン領域」とは、翻訳終止コドンからいずれかの方向(すなわち、5´または3´)で約25から約50の近接するヌクレオチドを含むこのようなmRNAまたは遺伝子の部分を意味する。
翻訳開始コドンと翻訳終止コドンとの間の領域を意味する翻訳領域(ORF)または「コード領域」は、効果的に標的化される領域でもある。その他の標的領域として、翻訳開始コドンから5´方向にあるmRNAの部分を意味し、従って5´キャップ部位とmRNAの翻訳開始コドンの間のヌクレオチドまたは遺伝子上で対応するヌクレオチドを含む5´非翻訳領域(5´UTR)と、翻訳終止コドンから3´方向におけるmRNAの部分を意味し、従って翻訳終止コドンとmRNAの3´末端との間のヌクレオチドまたはその遺伝子上で対応するヌクレオチドを含む3´非翻訳領域(3´UTR)とを含む。mRNAの5´キャップは、mRNAの最も5´側の残基に5´-5´トリホスフェート結合を介して結合しているN7-メチル化グアノシン残基を有する。このmRNAの5´キャップ領域は、そのキャップに隣接する第1の50ヌクレオチドはもとより、5´キャップ構造自身も含むと考えられている。このキャップ領域も好ましい標的領域である可能性がある。
真核生物mRNA転写物には直接的に翻訳されるものがあるにもかかわらず、多くは1またはそれ以上の領域を有し、翻訳される前に転写物から切除される「イントロン」として知られる。残る(従って翻訳)領域は、「エクソン」として知られており、ともにスプライスされて連続したmRNA配列を生成する。mRNAスプライス部位は(すなわち、イントロン-エクソン接合部)好ましい標的領域でもある可能性があり、異常スプライシングが疾患に結びついている場合、あるいは特定のmRNAスプライス産物の過剰生成が疾患に結びついている場合に特に有用である。再配列または欠失による異常融合接合部も好ましい標的である。イントロンが効果的であることが分かっており、それゆえ好ましく、アンチセンス化合物に対する標的領域は、例えば、DNAまたはpre-mRNAを標的とする。
いくつかの実施形態において、アンチセンス阻害に対する標的部位を市販のソフトウェア プログラム(例えば、バイオグノスティック社、独国ゲッティンゲン;SysARRはソフトウェア、印国バンガロー、アンチセンス研究グループ、リバプール大学、英国リバプール;Gene Trove、米国カリフォルニア州カールスバッド)を用いて同定する。その他の実施形態において、アンチセンス阻害に対する標的部位は、PCT公開番号WO0198537A2に記載の到達可能部位法を用いて同定され、ここで該文献を参照により援用する。
1またはそれ以上の標的部位が同定されると、オリゴヌクレオチドは、所望の効果を与えるように、標的に十分相補となるように選ばれる(すなわち、十分にかつおよび十分な特異性を持ってハイブリッド形成)。例えば、本発明の好ましい実施形態において、アンチセンスオリゴヌクレオチドは、開始コドンまたその近傍を標的とする。
この発明において、アンチセンス組成物および方法に関した「ハイブリッド形成」とは、相補ヌクレオシドまたはヌクレオチド塩基間でのワトソン-クリック、フーグスティーンまたは逆フーグスティーン水素結合のような水素結合を意味する。例えば、アデニンおよびチミンは、水素結合の形成を通じて対となる相補性核酸塩基である。特異的にハイブリッド形成可能な核酸となるためにアンチセンス化合物の配列がその標的核酸の配列に対して100%相補である必要はないことが理解されている。アンチセンス化合物は、化合物の標的DNAまたはRNA分子への結合が、有用性の消失を引き起こすように、標的DNAまたはRNAの正常機能を妨害し、かつアンチセンス化合物の非標的配列に対する非特異的結合を避けるのに十分な度合いの相補性がある場合、特異的な結合が望まれる条件下で(すなわち、インビボアッセイまたは治療処置の場合およびインビトロアッセイの場合の、アッセイを実施する生理学的条件下で)、特異的にハイブリッド形成可能である。
アンチセンス化合物は、研究試薬および診断薬として一般に使用されている。例えば、特異性を有する遺伝子発現を阻害することのできるアンチセンスオリゴヌクレオチドは、特定の遺伝子の機能を解明するのに用いることができる。アンチセンス化合物も、例えば、様々な生物学的経路の機能を区別するのに使用できる。
アンチセンスの特異性および感度は、治療用途にも応用できる。例えば、アンチセンスオリゴヌクレオチドは、動物やヒトにおける病状の治療における治療部分として使用されてきた。アンチセンスオリゴヌクレオチドは、ヒトに対し安全かつ効果的に投与されており、数多くの臨床試験が現在行われている最中である。従って、オリゴヌクレオチドが細胞、組織、および動物、特にヒトの治療のための治療措置において有用であるように構成できる有用な治療用様式であることが実証されている。
アンチセンスオリゴヌクレオチドが、アンチセンス化合物の好ましい形態であるのに対し、本発明は、これらには限られないが、以下に述べるようなオリゴヌクレオチド類似物等のその他のオリゴマーのアンチセンス化合物を包含する。この発明に従うアンチセンス化合物は、これより長い配列および短い配列も本発明で使用できるかもしれないが、好ましくは約8〜約30の核酸塩基(すなわち、約8〜約30の結合した塩基)を有する。特に好ましいアンチセンス化合物はアンチセンスオリゴヌクレオチドであり、より好ましくは約12〜約25の核酸塩基を含む化合物である。
本発明で有用な好ましいアンチセンス化合物の具体例として、改変主鎖または非天然ヌクレオシド間結合を有するオリゴヌクレオチドがある。本願明細書で定義されるように、改変主鎖を有するオリゴヌクレオチドとして、主鎖中にリン原子を保持するものと、主鎖中にリン原子を持たないものがある。本願明細書の目的に関しては、これらのヌクレオシド主鎖中にリン原子を持たない改変オリゴヌクレオチドも、オリゴヌクレオシドとして考えることができる。
好ましい改変オリゴヌクレオチド主鎖として、例えば、ホスホロチオエート、キラル ホスホロチオエート、ホスホロジチオエート、ホスホトリエステル、アミノアルキルホスホトリエステル、3´-アルキレンホスホネートおよびキラルのホスホネート等のメチルおよびその他のアルキルホスホネート、ホスフィネート、3´-アミノホスホロアミデートおよびアミノアルキルホスホロアミデート、チオノホスホロアミデート等のホスホロアミデート、チオノアルキルホスホネート、チオノアルキルホスホトリエステル、および正常な3´-5´結合を有するボラノホスフェート、これらの2´-5´結合類似体、およびヌクレオシド単位の隣接対が結合5´-3´に対しては3´-5´あるいは5´-2´に対しては2´-5´である反転極性を有するものがある。様々な塩、混合塩類および遊離酸型も含まれる。
リン原子を含まない好ましい改変オリゴヌクレオチド主鎖は、短鎖アルキルまたはシクロアルキルヌクレオシド間結合、ヘテロ原子およびアルキルまたはシクロアルキルヌクレオシド間の混合結合、または1またはそれ以上の短鎖ヘテロ原子または複素環ヌクレオシド間結合により形成された主鎖を有する。これらのようなものとして、モルホリノ結合(ヌクレオシドの糖部分から一部形成)、シロキサン主鎖、硫化物、スルホキシドおよびスルホン主鎖、ホルムアセチルおよびチオホルムアセチル主鎖、メチレンホルムアセチルおよびチオホルムアセチル主鎖、アルケン含有主鎖、スルファメート主鎖、メチレンイミノおよびメチレンヒドラジノ主鎖、スルホネートおよびスルホンアミド主鎖、アミド主鎖、およびN、O、SおよびCH成分部分を混合して有するその他のものを有するものがある。
その他の好ましいオリゴヌクレオチド類似物において、ヌクレオチド単位の糖およびヌクレオシド間結合(すなわち、その主鎖)の両者は、新しい基で置換されている。これらの塩基単位は、適当な核酸標的化合物とのハイブリッド形成のために維持される。このようなオリゴマー化合物の1つである、優れたハイブリッド形成性を有することが示されてきたオリゴヌクレオチド類似物は、ペプチド核酸(PNA)とよばれる。PNA化合物において、オリゴヌクレオチドの糖-主鎖は、アミド含有主鎖、特にアミノエチルグリシン主鎖で置換されている。これらの核酸塩基は、保持されており、主鎖のアミド部分のアザ窒素に直接的または間接的に結合している。PNA化合物の調製を教示する代表的な米国特許として、これらには限らないが、米国特許第5,539,082号、同5,714,331号、および同5,719,262号があり、ここでこれらの各文献を参照により援用する。さらなるPNA化合物の教示は、Nielsen et al.,Science 254:1497(1991)にある。
本発明の最も好ましい実施形態は、ホスホロチオエート主鎖を有するオリゴヌクレオチドおよびヘテロ原子主鎖を有するオリゴヌクレオシドであり、特に、--CH、--NH--O--CH--、--CH--N(CH)--O--CH--[メチレン(メチルイミノ)またはMMI主鎖として知られる]、--CH--O--N(CH)--CH--、--CH--N(CH)--N(CH)--CH--、上述の米国特許第5,489,677号記載の--O--N(CH)--CH--CH--[ここで、未変性ホスホジエステル主鎖とは--O--P--O--CH--で表されるものである]、および上述の米国特許第5,602,240号記載のアミド主鎖を有するものである。上述の米国特許第5,034,506号記載のモルホリノ主鎖構造を有するオリゴヌクレオチドもまた好ましい。
改変オリゴヌクレオチドは、1またはそれ以上の置換糖部分を有していてもよい。好ましいオリゴヌクレオチドは、以下のものの1つを2´位置に有する。すなわち、OH、F、O-、S-、またはN-アルキル、O-、S-、またはN-アルケニル、O-、S-、またはN-アルキニル、あるいはO-アルキル-O-アルキルであり、ここでアルキル、アルケニル、およびアルキニルは置換または未置換のC1―10アルキルまたはC2-10アルケニルおよびアルキニルである。特に好ましいものは、O[(CHO]CH、O(CHOCH、O(CHNH、O(CHCH、O(CHONH、およびO(CHON[(CHCH)]であり、ここでnおよびmは1〜約10である。その他の好ましいオリゴヌクレオチドとして、以下のもの1つを2´位置に有する。すなわち、C〜C10低級アルキル、置換低級アルキル、アルカリル、アラルキル、O-アルカリルまたはO-アラルキル、SH、SCH、OCN、Cl、Br、CN、CF、OCF、SOCH、SOCH、ONO、NO、N、NH、ヘテロシクロアルキル、ヘテロシクロアルカリル、アミノアルキルアミノ、ポリアルキルアミノ、置換シリル、RNA切断基、レポーター基、インターカレーター、オリゴヌクレオチドの薬物動態学的性質を改善する基、またはオリゴヌクレオチドの薬力学的性質を改善する基、およびその他の同様の性質を有する置換基。好ましい改変として、2´-メトキシエトキシ(2´-O--CHCHOCHであり、2´-O-(2-メトキシエチル)または2´-MOEとしても知られている)(Martin et al.,Heiv.Chim.Acta 78:486[1995])すなわち、アルコキシアルコキシ基がある。さらに好ましい改変として、2´-ジメチルアミノオキシエトキシ(すなわち、O(CHON(CH基)、2´-DMAOE、および2´-ジメチルアミノエトキシエトキシとして知られる(当該技術分野において2´-O-ジメチルアミノエトキシエチルまたは2´-DMAEOEとしても知られる)、すなわち、2´-O--CH--O--CH--N(CHである。
他の好ましい改変として2´-メトキシ(2´-O--CH)、2´-アミノプロポキシ(2´-OCHCHCHNH)、および2´-フルオロ(2´-F)がある。同様の改変は、オリゴヌクレオチド上のその他の位置、特に3´末端ヌクレオチド上の糖または2´-5´結合オリゴヌクレオチドの3´位置および5´末端ヌクレオチドの5´位置にも形成される可能性がある。オリゴヌクレオチドは、フラノース型五炭糖(ペントフラノシル糖)の代わりにシクロブチル部分等の糖類似物を有していてもよい。
オリゴヌクレオチドはまた、核酸塩基(当該技術分野において「塩基」と簡略的によばれることが多い)改変または置換も含む。本願明細書において使用されるように、「未改変」または「天然の」核酸塩基として、プリン塩基アデニン(a)、およびグアニン(G)、およびピリミジン塩基チミン(T)、シトシン(C)、およびウラシル(U)が挙げられる。改変核酸塩基としてその他の合成および天然の核酸塩基には、例えば、5-メチルシトシン(5-me-C)、5-ヒドロキシメチルシトシン、キサンチン、ヒポキサンチン、2-アミノアデニン、アデニンおよびグアニンの6-メチルおよびその他のアルキル誘導体、アデニンおよびグアニンの2-プロピルおよびその他のアルキル誘導体、2-チオウラシル、2-チオチミンおよび2-チオシトシン、5-ハロウラシルおよびシトシン、5-プロピニルウラシルおよびシトシン、6-アゾウラシル、シトシンおよびチミン、5-ウラシル(シュードウラシル)、4-チオウラシル、8-ハロ、8-アミノ、8-チオール、8-チオアルキル、8-ヒドロキシルおよびその他の8-置換アデニンおよびグアニン、5-ハロ、特に5-ブロモ、5-トリフルオロメチルおよびその他の5-置換ウラシルおよびシトシン、7-メチルグアニンおよび7-メチルアデニン、8-アザグアニンおよび8-アザアデニン、7-デアザグアニンおよび7-デアザアデニンおよび3-デアザグアニンおよび3-デアザアデニンが含まれる。核酸塩基として、さらに米国特許第3,687,808号に開示のものがある。これらの核酸塩基のいくつかは、本発明のオリゴマー化合物の結合親和性を高めるのに特に有用である。このようなものとして、2-アミノプロピルアデニン、5-プロピニルウラシルおよび5-プロピニルシトシンを含む、5-置換ピリミジン、6-アザピリミジンおよびN-2、N-6およびO-6置換プリンがある。5-メチルシトシン置換は、特に2´-O-メトキシエチル糖修飾と組み合わせた場合に一層さらに、0.6〜1.2℃で安定的に核酸2本鎖を増加することを示しており、現在好ましい塩基置換である。
本発明のオリゴヌクレオチドのその他の改変は、オリゴヌクレオチドの活性、細胞内分布、または細胞内取り込みを増強する、1つまたはそれ以上の成分またはコンジュゲートのオリゴヌクレオチドに対する化学的結合を含む。このような成分として、これらには限らないが脂質部分、例えば、コレステロール部分、コール酸、チオエーテル、(例えば、ヘキシル-S-トリチルチオール)、チオコレステロール、脂肪族鎖、(例えば、ドデカンジオールまたはウンデシル残基)、リン脂質、(例えば、ジヘキサデシル-rac‐グリセロールまたはトリエチルアンモニウム1,2-ジ-O-ヘキサデシル-rac‐グリセロ-S-H-ホスホネート)、ポリアミンまたはポリエチレングリコール鎖あるいはアダマンタン酢酸、パルミチル部分、またはオクタデシルアミンまたはヘキシルアミノ-カルボニル-オキシコレステロール部分がある。
関連分野の当業者であれば、上記の改変を含むオリゴヌクレオチドをどのように生成するかを十分知っている。本発明は、上記のアンチセンスオリゴヌクレオチドに限定されるものではない。どのような好適な改変または置換でも利用できる。
所与の化合物におけるすべての位置が均一に改変される必要はなく、実際1つ以上の上記改変をオリゴヌクレオチド内の単一化合物または単一ヌクレオシドにでも組込むことができる。本発明はまた、キメラ化合物であるアンチセンス化合物も包含する。本発明において「キメラ」アンチセンス化合物または「キメラ」とは、アンチセンス化合物であり、各々が少なくとも1つのモノマー単位からなる化学的に異なる2つまたはそれ以上の領域を有する、化学的に異なる領域を特にオリゴヌクレオチド、すなわち、オリゴヌクレオチド化合物の場合のヌクレオチド2つまたはそれ以上有する。これらのオリゴヌクレオチドは、オリゴヌクレオチドにヌクレアーゼ分解に対し増強された耐性、増大した細胞内取り込み、および/または標的核酸に対して増大した結合親和性をヌクレオチドに付与するように、通常オリゴヌクレオチドが改変する少なくとも1つの領域を有する。オリゴヌクレオチドのさらなる領域は、RNA:DNAまたはRNA:RNAハイブリッドを切断することのできる酵素の基質として使用できる可能性がある。例えば、RNaseHは、RNA:DNA2本鎖のRNA鎖を切断する細胞内エンドヌクレアーゼである。従って、RNaseHの活性化は、RNA標的の切断を生じ、これにより遺伝子発現のオリゴヌクレオチド阻害効率をかなり高める。結果として、多くの場合において、匹敵する結果がキメラオリゴヌクレオチドを用いた場合に、同じ標的領域とハイブリッド形成するホスホロチオエートデオキシオリゴヌクレオチドと比べて、短い鎖のオリゴヌクレオチドで得られる。RNA標的の切断は、ゲル電気泳動で日常的に検出でき、必要に応じて、当該技術分野で既知の核酸ハイブリッド形成法と組み合わせて検出できる。
本発明のキメラアンチセンス化合物は、上述のように、2つまたはそれ以上のオリゴヌクレオチド、改変オリゴヌクレオチド、オリゴヌクレオシドおよび/またはオリゴヌクレオチド類似物の複合構造として形成できる。
本発明はまた、以下に述べる本発明のアンチセンス化合物を含有する薬学的組成物および製剤も含む。
B.遺伝子療法
本発明は、本発明の遺伝子融合の発現を調節する際に利用するための各種の遺伝子操作の利用を意図している。遺伝子操作の例として、これらには限らないが、遺伝子ノックアウト(例えば、例えば、組換えを利用して、染色体から融合遺伝子を除去)、誘導性プロモーター有り/無しのアンチセンスコンストラクトの発現等が挙げられる。インビトロまたはインビボにおける核酸コンストラクトの細胞への送達は、各種の好適な方法を利用して実施できる。好適な方法とは、所望の事象が起こるように核酸コンストラクトを細胞に導入するものである(例えば、アンチセンスコンストラクトの発現)。遺伝子療法は、インビボで発現されるsiRNAまたはその他の妨害分子を送達するのにも(例えば、誘導性プロモーター(例えば、アンドロゲン応答性プロモーター)による促進の際に)用いることができる。
遺伝子情報を保有する分子の細胞への導入は、これらには限られないが、ネイキッドDNAコンストラクトの直接注入、該コンストラクトを添加した金粒子を用いた打ち込み、および例えば、リポソーム、生体高分子等を用いた巨大分子介在遺伝子導入等の各種様々な方法により達成される。好ましい方法は、これらには限られないが、アデノウイルス、レトロウイルス、ワクシニアウイルス、およびアデノ随伴ウイルス等のウイルス由来の遺伝子送達媒体を用いる。レトロウイルスと比較すると効率がより高いので、アデノウイルス由来のベクターは、核酸分子をインビボで宿主細胞に移すのに好ましい遺伝子送達媒体である。アデノウイルスベクターは、動物モデルにおける種々の固形腫瘍および免疫欠乏マウスにおけるヒト固形腫瘍異種移植へのインビボでの大変効率的な遺伝子導入を与えることが示されている。遺伝子導入に関するアデノウイルスベクターおよび方法の例は、PCT公開WO第00/12738号およびWO第00/09675号および米国特許出願第6,033,908号、同6,019,978号、同6,001,557号、同5,994,132号、同5,994,128号、同5,994,106号、同5,981,225号、同5,885,808号、同5,872,154号、同5,830,730号、および同5,824,544号に記載されており、ここでこれら各文献の全内容を参照により援用する。
ベクターは、種々の方法により患者に投与できる。例えば、本発明のいくつかの実施形態において、ベクターは、直接注射により、腫瘍または腫瘍を伴う組織に投与される。その他の実施形態において、投与は、血液またはリンパ循環を介するものである(例えば、PCT公開第99/02685号を参照、ここで該文献の全内容を参照により援用する)。アデノウイルスベクターの例示的投与レベルは、好ましくは10〜1011のベクター粒子を灌流液に対して添加した。
C.抗体療法
いくつかの実施形態において、本発明は本発明の遺伝子融合を発現する抗体を提供する。好適な抗体(例えば、モノクローナル、ポリクローナル、または合成)のいずれもが、本願明細書において開示の治療法に使用できる。好ましい実施形態において、癌治療に用いられる抗体はヒト化抗体である。抗体をヒト化する方法は、当該技術分野においてよく知られている(例えば、米国特許第6,180,370号、同5,585,089号、同6,054,297号、および同5,565,332号を参照し、ここで各文献を参照により援用する)。
いくつかの実施形態において、治療抗体は、本発明の遺伝子融合に対して生成された抗体を含み、この抗体は細胞毒性薬物に結合している。このような実施形態においては、標的正常細胞を標的とする腫瘍特異性治療薬は作られておらず、それゆえ従来の化学療法の有害な副作用の多くを減らす。ある応用に関しては、治療薬は、抗体への付加に有用な薬理学的薬剤であること、特に内皮細胞の増殖または細胞分割を死滅または抑制する能力を有する細胞毒性またはそうでなければ抗細胞(anticellular)剤であることが構想されている。本発明は、抗体に結合し、活性型で送達できる各種の薬剤に使用を意図する。例示的な抗細胞剤として、化学療法薬、放射性同位元素、および細胞毒がある。本発明の治療抗体は、種々の細胞毒性部分を含み、これらには限られないが、例えば放射性同位元素(例えば、ヨウ素-131、ヨウ素-123、テクニシウム-99m、インジウム-111、レニウム-188、レニウム-186、ガリウム-67、銅-67、イットリウム-90、ヨウ素-125またはアスタチン-211)、ステロイド等のホルモン、シトシン等の代謝拮抗剤(例えば、アラビノシド、フルオロウラシル、メトトレキサートまたはアミノプテリン、アントラサイクリン、マイトマイシンC)、ビンカアルカロイド(例えば、デモコルチン、エトポシド、ミトラマイシン)、およびクロラムシルまたはメルファラン等の抗腫瘍アルキル化剤を含む。その他の実施形態では、血液凝固剤、サイトカイン、増殖因子、細菌性内毒素または細菌性内毒素の脂質A部分等の薬剤を包含できる。例えば、いくつかの実施形態において、治療薬として、いくつかの例を挙げると、A鎖毒素(A chain toxin)、リボソーム失活性タンパク質、αサルシナ菌、コウジカビ、レストリクトシン、リボヌクレアーゼ、ジフテリア毒素またはシュードモナス外毒素等の植物、真菌、または細菌由来の毒素が挙げられる。いくつかの好ましい実施形態において、脱グリコシルしたリシンA鎖が用いられる。
いずれの場合においても、これらのような薬剤は、所望の場合、必要に応じて既知の抱合技術を用いて、標的化腫瘍細胞の部位で血液成分に対する標的化、内部移行、遊離または提示を可能にする方法で抗体とうまく結合させることができることが提言されている(例えば、Ghose et al.,Methods Enzymol,93:280[1983]を参照)。
例えば、いくつかの実施形態において本発明は、本発明の癌マーカー(例えば、ERGまたはETV1融合)を標的とした免疫毒素を提供する。このような免疫毒素は、通常、腫瘍指向性抗体または断片である、特異性標的薬剤の毒素成分等の細胞毒性薬物とのコンジュゲートである。この標的薬剤は、標的抗原を保持する細胞に向けられ、これにより選択的に該細胞を殺す。いくつかの実施形態において、治療抗体は高い生体内安定性を与える架橋剤を使用する(Thorpe et al.,Cancer Res.,48:6396[1988])。
特に固形腫瘍の治療に関わるその他の実施形態において、抗体は、血管内皮細胞の増殖または細胞分裂を抑制することで、腫瘍脈管構造に対して細胞毒性またはそうでなければ抗細胞効果を有するように設計されている。この攻撃は、腫瘍細胞、特に脈管構造の遠位の腫瘍細胞から酸素および栄養分を奪い、最終的に細胞死および腫瘍壊死をもたらす、腫瘍に局在化した血管崩壊をもたらすことを意図する。
好ましい実施形態において、抗体ベースの治療薬は、以下に記載するように、薬学的組成物として製剤される。好ましい実施形態において、本発明の抗体組成物の投与は、癌において測定可能な減少(例えば、腫瘍の低減または除去)をもたらす。
D.薬学的組成物
本発明は、(例えば、本発明の遺伝子融合の発現または活性を調節する薬剤を含有する)薬学的組成物をさらに提供する。本発明の薬学的組成物は、局所または全身治療が望ましいかどうか、および治療する領域によって、いくつかの方法により投与できる。投与としては、局所(点眼および、膣内や直腸送達等を含む粘膜)、肺(例えば、 粉末またはエアロゾルの吸入またはガス注入や噴霧吸入器により、気管内、鼻腔内、上皮、および経皮へ投与)、経口または非経口投与がある。非経口投与として、静脈、動脈、皮下、腹腔内または筋肉内注射または点滴、あるいは頭蓋内、例えば、くも膜下腔内または脳室内への投与がある。
局所的投与用の薬学的組成物および製剤として、パッチ、軟膏、ローション、クリーム、ゲル、ドロップ、坐薬、スプレー剤、液体および粉末がある。水性、粉末または油状基剤、増粘剤等の慣用的薬学的担体が、必要または望ましい場合がある。
経口投与用の組成物および製剤として、粉末または顆粒、水または非水性媒体の懸濁液または溶液、カプセル剤、サシェまたは錠剤がある。増粘剤、香味剤、希釈剤、乳化剤、分散助剤、または結合剤が望ましい場合がある。
非経口、くも膜下腔内または脳室内投与用の組成物および製剤として、緩衝液、希釈剤、およびその他の好適な添加物、例えばこれらには限られないが、浸透促進剤、担体化合物、およびその他の薬学的に許容可能な担体、または賦形剤等を含有する滅菌水性溶液を含んでいてもよい。
本発明の薬学的組成物として、これらには限らないが、溶液、乳濁液、およびリポソーム含有製剤が挙げられる。これらの組成物はこれらには限らないが、予め作製された液、自己-乳化固体および自己-乳化半固体等の種々の成分から生成できる。
使用しやすいように単位剤形として提供できる本発明の薬学的製剤は、薬学分野でよく知られる従来の方法により調製できる。このような手法は、薬学的担体(1種または複数種)または賦形剤(1種または複数種)と結合させる工程を含む。一般に、これらの製剤は、均一かつ十分に有効成分を液体担体または微紛化した固形担体またはこれら両者とに結合させ、その後必要に応じて生成物を成形することで調製される。
本発明の組成物は、これらには限られないが、錠剤、カプセル、液体シロップ、ソフトゲル、坐薬、および浣腸剤等のありとあらゆる可能な剤型に製剤できる。本発明の組成物は、水性、非水性、または混合媒体の懸濁液として製剤してもよい。水性懸濁液は、懸濁液の粘度を上昇させる物質、例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ソルビトール、および/またはデキストラン等をさらに含有していてもよい。この懸濁液は、安定化剤を含有していてもよい。
本発明の一実施形態において、当該薬学的組成物は、泡沫として製剤または使用できる。薬学的泡沫として、これらには限られないが、乳濁液、ミクロ乳濁液、クリーム、ゼリー、およびリポソーム等の製剤が含まれる。基本的には同様の性質であるが、これらの製剤は、その成分および最終産物の粘稠性において異なる。
細胞レベルでオリゴヌクレオチドの取り込みを高める薬剤は、本発明の薬学的およびその他の組成物に添加できる。例えば、リポフェクチン(米国特許第5,705,188号)等のカチオン性脂質、カチオン性グリセロール誘導体、およびポリリジン(WO97/30731)等のポリカチオン分子もまた、オリゴヌクレオチドの細胞内取り込みを増強する。
本発明の組成物は、薬学的組成物に従来みられるようなその他の補助的成分をさらに含んでいてもよい。従って、例えば、当該組成物は、例えば、かゆみ止め剤、収斂剤、局所麻酔剤または抗炎症剤等の追加的、相溶性のある、薬学的に活性な材料を含有していてもよく、あるいは本発明の組成物、染料、香味剤、保存料、抗酸化剤、乳白剤、増粘剤、および安定化剤等の本発明の様々な剤形を物理的に製剤するのに有用なさらなる材料を含有していてもよい。しかしながら、これらの材料は、添加された場合に、本発明の組成物の成分の生物学的活性を過度に阻害すべきではない。これらの製剤は、殺菌して、所望の場合、製剤の核酸(1種または複数種)と悪影響を与えるように相互作用しない、例えば、潤滑剤、保存料、安定化剤、湿潤剤、乳化剤、浸透圧に影響を与える塩類、緩衝液、着色料、香味料および/または芳香性物質等の助剤と混合できる。
本発明のある実施形態は、(a)1またはそれ以上のアンチセンス化合物と、(b)非アンチセンス機構により機能する1またはそれ以上のその他の化学療法薬とを含有する薬学的組成物を提供する。このような化学療法薬の例として、これらには限らないが、ダウノルビシン、ダクチノマイシン、ドキソルビシン、ブレオマイシン、マイトマイシン、ナイトロジェンマスタード、クロラムシル、メルファラン、シクロホスファミド、6-メルカプトプリン,6-チオグアニン、シタラビン(CA)、5-フルオロウラシル(5-FU)、フロクスウリジン(5-FUdR)、メトトレキサート(MTX)、コルヒチン、ビンクリスチン、ビンブラスチン、エトポシド、テニポシド、シスプラチンおよびジエチルスチルベストロール(DES)等の抗癌剤がある。これらには限られないが非ステロイド系抗炎症剤および副腎皮質ステロイド等の抗炎症剤、およびこれらには限られないが、リビビリン、ビダラビン、アシクロビル、およびガンシクロビル抗ウイルス剤も、本発明の組成物に混合できる。その他の非アンチセンス化学療法薬も本発明の範囲である。2つまたはそれ以上を組み合わせて用いた化合物を同時あるいは経時的に用いてもよい。
投与量は、治療する病状の重篤度および応答性に依存し、数日間から数ヶ月にわたる、あるいは治癒がもたらされるまたは病状の減少するまで継続する治療過程を伴う。最適な投与スケジュールは、患者の体内での薬物蓄積の測定から計算できる。投与医は、最適投与量、投与方法論、および繰り返し率を容易に決定することができる。最適投与量は個々のオリゴヌクレオチドの相対的な効力により異なっており、一般に、インビトロおよびインビボ動物モデルにおいて効果的なことがわかっているEC50Sに基づいて、または本願明細書に記載の実施例に基づいて見積もることができる。一般に、投与量は、体重1kgあたり0.01μg〜100gであり、1日、1週間、1ヶ月、または1年に1回またはそれ以上の頻度で投与できる。治療医は、体液または組織中の薬物の滞留時間および濃度の測定値に基づいて、投与量についての繰り返し率を見積もることができる。治療成功後、オリゴヌクレオチドが、体重1kgあたり0.01μg〜100g、1日に1回またはそれ以上から20年ごとに1回の範囲の維持量で投与される、病状の再発を防ぐための維持療法を対象に受けさせるのが望ましいかもしれない。
VII.遺伝子導入動物
本発明は、本発明の外来性癌マーカー遺伝子(例えば、遺伝子融合)または変異体およびその異種(例えば、切断または一塩基遺伝子多型)を有する遺伝子導入動物の作製を意図している。好ましい実施形態において、この遺伝子導入動物は、野生型の動物と比較して、変化した表現型(例えば、マーカーの存在の増大または減少)を示す。このような表現型の存在または非存在を分析する方法として これらには限らないが、本願明細書に開示のものがある。いくつかの好ましい実施形態において、遺伝子導入動物は、腫瘍の増殖の増大または減少、または癌の証拠をさらに提示する。
本発明の遺伝子導入動物は、薬物(例えば、癌治療)スクリーニングに使用できる。いくつかの実施形態において、試験化合物(例えば、癌の治療に有用な可能性のある薬物)、および対照化合物(例えば、プラセボ)を遺伝子導入動物および対照動物に投与して、その効果を評価する。
これらの遺伝子導入動物は、種々の方法で作製できる。いくつかの実施形態において、様々な発達段階にある胚性細胞を、遺伝子導入動物作製のために、導入遺伝子を導入するのに用いた。胚性細胞の発達の段階に応じて異なる方法が用いられる。接合体は、ミクロ注入に最良の標的である。マウスにおいて、雄の前核は直径およそ20μmのサイズに達し、1〜2ピコリットル(pl)のDNA溶液の注入を再現可能にする。接合体を遺伝子導入の標的として用いることは、ほとんどの場合に、注入されたDNAが第1の卵割の前に宿主ゲノムに取り込まれるという大きな利点がある(Brinster et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 82:4438-4442[1985])。結果として、遺伝子導入非ヒト動物の全細胞が、この組み入れた導入遺伝子を保持することになる。このことは、生殖細胞の50%が導入遺伝子を有するので、初代から子孫への導入遺伝子の効率的な伝達にも一般に反映されている。米国特許第4,873,191号は、接合体のミクロ注入の方法について記載しており、本特許の開示内容をここでその全内容について参照により援用する。
その他の実施形態において、レトロウイルス感染症は、非ヒト動物に導入遺伝子を導入するのに用いられる。いくつかの実施形態において、このレトロウイルスベクターは、レトロウイルスベクターを卵母細胞の囲卵腔に注入して卵母細胞をトランスフェクトするのに用いられる(米国特許第6,080,912号、ここで該文献を参照により援用する)。その他の実施形態において、発達中の非ヒト胚は、胚盤胞段階にインビトロで培養できる。この間、これらの卵割球は、レトロウイルス感染症の標的とすることができる(Janenich,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 73:1260[1976])。卵割球の効率的な感染は、透明帯を除去するための酵素治療により得られる(Hogan et al.,in Manipulating the Mouse Enbryo,Cold Spring Harbor Laboratory Press,米国ニューヨーク州コールドスプリングハーバー。[1986])。導入遺伝子を導入するのに用いられるウイルスベクターシステムは、通常、導入遺伝子を有する複製欠損レトロウイルスである(Jahner et al.,Proc.Natl.Acad Sci.USA 82:6927[1985])。トランスフェクトは、ウイルス産生細胞の単層上で卵割球を培養することで容易にかつ効率的に得られる(Stewart,et al.,EMBO J.,6:383[1987])。あるいは、感染は、後の段階で行うこともできる。ウイルスまたはウイルス産生細胞は、胞胚腔に注入できる(Jahner et al.,Nature 298:623[1982])。取り込みが遺伝子導入動物を形成する細胞のサブセットのみにおいて起こるので、ほとんどの初代は導入遺伝子のモザイクとなる。さらにまた、初代は、導入遺伝子の様々なレトロウイルス挿入断片を、一般的に子孫に分離される、ゲノム中の異なる位置に有する可能性がある。さらにまた、低効率ではあるが、妊娠中期の胚の子宮内レトロウイルス感染により、生殖細胞系に導入遺伝子を導入することも可能である(上記既出のJahner et al.,[1982])。当該技術分野で既知の、レトロウイルスまたはレトロウイルスベクターを用いた、遺伝子導入動物作製のためのさらなる手段は、受精卵の囲卵腔または初期の胚にレトロウイルス粒子またはマイトマイシンC処理細胞産生レトロウイルスをミクロ注入することを含む(PCT国際特許出願WO90/08832[1990]、およびHaskell and Bowen,Mol Reprod.Dev.,40:386[1995])。
その他の実施形態において、導入遺伝子は胚性幹細胞に導入され、そのトランスフェクトされた幹細胞は、胚を形成するのに用いられる。ES細胞は、インビトロで適当な条件下で着床前胚を培養することで得られる(Evans et al.,Nature 292:154[1981];Bradley et al.,Nature 309:255[1984];Gossler et al.,Proc.Acad.Sci.USA 83:9065[1986];およびRobertson et al.,Nature 322:445[1986])。導入遺伝子は、リン酸カルシウム共沈、プロトプラストまたはスフェロプラスト融合、リポフェクションおよびDEAE-デキストラン介在性トランスフェクト等の当該技術分野で既知のさまざまな方法によるDNAトランスフェクトによりES細胞に効率的に導入される。導入遺伝子を、レトロウイルス介在性伝達またはミクロ注入によりES細胞にも導入してもよい。このようなトランスフェクトされたES細胞はその後、胚盤胞段階胚の胞胚腔への導入後に胚に定着し、結果として生じるキメラ動物の生殖細胞系に寄与する(概説については、Jaenisch,Science 240:1468[1988]を参照)。トランスフェクトしたES細胞を胞胚腔に導入する前に、トランスフェクトしたES細胞に対して、導入遺伝子が選択のための手段を提供すると仮定して、導入遺伝子を組込んだES細胞を濃縮するための様々な選択プロトコルを行ってもよい。あるいは、ポリメラーゼ連鎖反応を導入遺伝子を組込んだES細胞をスクリーニングするのに用いてもよい。この手法は、胞胚腔に移す前に適切な選択条件下でトランスフェクトしたES細胞を増殖する必要性を除去する。
また別の実施形態において、相同組換えは、遺伝子機能をノックアウトまたは欠失変異体(例えば、トランケーション変異体)を作製するのに用いられる。相同組換えのための方法は、米国特許第5,614,396号に記載されており、ここで該文献を参照により援用する。
実験
以下の実施例は、ある好ましい実施形態および本発明の態様を実証しさらに概説するために提供されるものであり、本発明の範囲を限定するものであると解釈されるべきではない。
実施例1:ERGとETV1遺伝子融合
A.材料および方法
癌の例外事象の解析(Cancer Outlier Profile Analysis:COPA)
COPA解析を10,486のマイクロアレイ実験を含むOncomine3.0の132の遺伝子発現データセット上で行った。さらにまた、99個の増幅された、レーザーキャプチャーマイクロダイセクションで採取した前立腺組織試料からのデータを、COPA解析に含めた。COPAは3つの工程を有する。まず第1工程として、遺伝子発現値は中央値を中心にし、各遺伝子の中央値発現をゼロに設定する。第2工程で、中央値絶対偏差(MAD)を計算し、各遺伝子発現値をそのMADで割ることで、1に縮尺調整する。中央値およびMADを、平均および標準的な偏差とは対照的に、アウトライアー発現値が分布推定値に対して過度に影響を与えず、したがって正規化後もこれらが保たれるように、変換に用いた。第3工程で、変換された発現値の75、90、および95パーセンタイルを各遺伝子について一覧にまとめて、遺伝子をこれらのパーセンタイル値スコアでランク付けし、例外プロファイルについて優先順位付けされた一覧を得る。
試料
使用した組織は、共に米国ミシガン大学の前立腺癌専門優良研究プログラム(Specialized Program of Research Excellence:SPORE)組織コアの一部である、米国ミシガン大学の根治的前立腺切除系列由来および迅速剖検プログラム由来(Shah et al.,Cancer Res 64,9209(2004年12月15日))のものである。
組織は、ウルム大学病院(独国ウルム)での根治的前立腺切除術系列からも得た。すべての試料は、各それぞれの研究施設での事前の研究所審査委員の承認を得て、同意した患者から収集したものである。すべての試料からの全RNAを、製造業者の使用説明書に従って、トリゾール(インビトロジェン社)を用いて単離した。全RNAを、RWPE、PC3、PC3+AR(Dai et al.,Steroids 61、531(1996))、LNCaP、VCaPおよびDuCaP細胞株のからも単離した。RNAの完全性を、ホルムアルデヒドゲル変性 電気泳動またはアジレント社のバイオアナライザー2100により検証した。良性前立腺組織の全RNA(CPP、Clontech社)の市販のプールも用いた。
定量PCR(QPCR)
定量PCR(QPCR)を、基本的に記載されているように、SYBR緑色素を用いて、アプライドバイオシステム社の7300リアルタイムPCRシステム上で行った(Chinnaiyan et al.,Cancer Res 65、3328(2005);Rubin et al.,Cancer Res 64、3814(2004))。要約すると、1〜5μgの全RNAを、ランダムプライマーまたはランダムプライマーおよびオリゴdTプライマーの存在下で、スーパースクリプトIII(インビトロジェン社)を用いて、cDNAに逆転写した。すべての反応は、SYBRグリーンマスターミックス(アプライドバイオシステム社)および25ngの順方向および逆方向プライマーの両者を製造業者の推奨する熱サイクル条件を用いて、実施した。すべての反応を融解曲線分析し、および選択した実験から得た産物を1.5%アガロースゲル上で電気泳動させることで分離した。各実験について、閾値を、配列検出ソフト、バージョン1.2.2(アプライドバイオシステム社)を用いて、QPCR反応の指数期において設定した。各試料について、ハウスキーピング遺伝子グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素(GAPDH)と比較した各標的遺伝子の量を、cDNA試料を図説の各実験について検量用試料として用いて、比較閾値サイクル(threshold cycle:Ct)法(アプライドバイオシステム社ユーザーブリテン#2)により決定した。すべてのオリゴヌクレオチドプライマーは、インテグレイテッドDNAテクノロジーズ社により合成されたものであった。
GAPDHプライマーは、(Vandesompele et al.,Genome Biol 3,RESEARCH0034(2002))に記載されており、その他すべてのプライマーは表4に列挙している。
およそ等しい効率のプライマーを、比較Ct法を利用するため、前立腺癌cDNAまたはプラスミド鋳型の段階希釈により確認した。
cDNA末端のRNAリガーゼ介在性迅速増幅(RLM-RACE)
cDNA末端のRNAリガーゼ介在性迅速増幅をジーン・レーサーRLM-RACEキット(インビトロジェン社)を製造業者の使用説明書に従って用いて実施した。最初に、試料をERGまたはETV1の発現に基づき、QPCRにより選択した。全RNAの5μgを仔ウシ腸由来ホスファターゼで処理し、切断されたmRNAおよび非mRNAから5´ホスフェートを除去し、タバコ酸性フィロホスファターゼでキャップ構造を除去する。ジーン・レーサーRNAオリゴを全長転写物に連結し、スーパースクリプトIIIを用いて逆転写した。5´末端を得るため、第1の鎖のcDNAを、ETV1に対してジーンレーサー5´プライマーおよびETV1エクソン4-5_r、あるいはERGに対してジーンレーサー5´プライマーおよびERGエクソン4a_rまたはERGエクソン4b_rを用いて、プラチナTaqハイフィデリティ(Platinum Taq High Fidelity)(インビトロジェン社)で増幅した。プライマー配列を表S2に示す。産物を1.5%アガロースゲル上で電気泳動により分離し、バンドを切除、精製し、TOPO TAをpCR4-TOPOにクローン化した。少なくとも4つの結腸からの精製プラスミドDNAを、米国ミシガン大学DNA配列決定コアのABIモデル3730自動配列決定装置で、M13逆方向およびM13順方向(-20)プライマーまたはT3およびT7プライマーを双方向で用いて、配列決定した。RLM-RACEd cDNAは、その他のアッセイに使用しなかった。
TMPRSS2:ERG融合についての逆転写PCR
上述のようにQPCRを用いた場合のTMPRSS2:ERG陽性を同定後、同一のcDNA試料を、プラチナTaqハイフィデリティおよびTPRSS2:ERGプライマーを用いてPCR増幅した。産物を電気泳動で分離し、pCR4-TOPOクローン化し、上述のように配列決定した。
インビトロアンドロゲン応答性
ヒトアンドロゲン受容体で安定的にトランスフェクトしたRWPE、LNCaP、VCaP DuCaP、PC3およびPC3細胞(PC3+AR)(3)を、1%エタノール対照または1nMの合成アンドロゲンR1881で24時間処理した。全RNAを単離し、ERGエクソン5-6_fおよび_rプライマーを用いて逆転写とQPCRを行った。各試料についてERG/GAPDHの相対量をRWPE対照試料に対して較正した。
正常な末梢リンパ球由来の蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)
ホルマリン固定パラフィン包理(FFPE)組織切片と転移性前立腺癌試料MET‐26およびMET‐28を、間期蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)解析に用いた。さらにまた、間期FISHを、13の臨床的に局在化した前立腺癌と16の転移性前立腺癌試料のFFPE部分由来のコアを含む組織マイクロアレイ上で実施した。2色、2シグナルアプローチをTMPRSS2とETV1の融合を評価するのに用い、プローブはそれぞれの遺伝子座位のほとんどにまたがっていた。ビオチン-14-dCTP BACクローンRP11-124L22をETV1座位に対して用い、ジゴキシン-dUTP標識BACクローンRPP11-35CDをTMPRSS2座位に対して用いた。ERGを含む遺伝子再配列を解析するには、2つのプローブがERG座位(ビオチン-14-dCTP標識BACクローンRP11-476D17およびジゴキシン-dUTP標識BACクローンRP11-95I21)にまたがる、分断シグナルプローブ手法を利用した。すべてのBACクローンは、オークランド研究所小児科病院(CHORI)より入手したものである。組織分析の前に、すべてのプローブの完全性と純度を、正常な末梢リンパ球の分裂中期スプレッドのハイブリッド形成により確認した。組織ハイブリッド形成、洗浄および色検出を、(Rubin et al.,Cancer Res 64、3814(2004);Garraway et al.,Nature 436、117(2005))に記載のように実施した。
B.結果
癌の例外事象解析
近年において、DNAマイクロアレイを用いた遺伝子発現のプロファイリングは、癌トランスクリトームを研究するための通常的な方法となってきている。マイクロアレイ研究は、癌の分子多様性に対する膨大な知見を与えており、多くの場合に、腫瘍組織像、患者予後、および治療応答に対応する疾患の新規分子サブタイプを同定してきた(Valk et al.,N Engl J Med 350、1617(2004))。しかしながら、一般に、トランスクリトーム解析は、新規の癌の原因となる遺伝子の発見にはつながらなかった。癌遺伝子の著しい過剰発現を生じる再配列および高レベルの複製数変化は、トランスクリトームデータで顕著だが、必ずしも従来の解析アプローチで顕著であるわけではなかったと仮定される。
癌の種類の大多数は、癌遺伝子活性化の不均一パターンが観測されており、それゆえ癌試料の1つのクラスにわたって遺伝子の通常の活性化を探すような、従来の解析方法(例えば、t検定またはシグナル・ノイズ比)では、このような癌遺伝子発現プロファイルをみつけることはできない。かわりに、症例のサブセットにおける著しい過剰発現を探す方法が必要である。本発明の過程において実施した実験は、癌の例外事象の解析(COPA)を発展させた。COPAは、遺伝子発現プロファイルの中央値および中央値絶対偏差に基づいて簡単な数値的変換を応用することで、例外プロファイルを増強および同定しようとするものである(Ross et al.,Blood 102、2951(2003))。このアプローチを図5Aに示す。COPAを10,486のマイクロアレイ実験を示す132遺伝子発現データセットの概要を含むOncomineデータベース(Bittner et al.,Nature 406、536(2000))に応用した。COPAは、再発性再配列または高レベル増幅が起こると知られている特定の癌型における遺伝子について、いくつかの例外プロファイルを正確に同定した。この解析では、癌遺伝子調査(Vasselli et al.,Proc Natl Acad Sci USA 100、6958(2003))により定義されるような、Oncomineデータセットにおいて上位10の例外プロファイルに位置する(表1および表3)既知の癌原因遺伝子の例外プロファイルに着目した。例えば、Valkらの急性骨髄性白血病(AML)データセットにおいては、RUNXlTl(ETO)は、95パーセンタイルで最強度の例外プロファイルを示し、AMLのサブセットにおけるこの遺伝子の既知の転位および発癌活性と一致している(Davis et al.,Proc Natl Acad Sci USA 100、6051(2003))(表1)。この例外プロファイルは、RUNXl(AML1)、およびRUNXlTl(ETO)(図5B)を融合させる、既に確認済みのt(8;21)転位を有する症例に正確に関連している。同様に、Rossらの急性リンパ芽球性白血病(ALL)データセットにおいては、PBX1は90パーセンタイルで最強度の例外プロファイルを示し、ALLのサブセットで起こることが知られるE2A-PBX1と一致している(Segal et al.,J Clin Oncol 21、1775(2003))(表1)。ここで、このアウトライアー発現プロファイルは、ALLに関するこの図中の特性決定されたt(l;19)E2A-PBX1転位と完全に相関している(図S1C)。
前立腺癌におけるETSファミリーメンバーERGとETV1に関する例外プロファイルの同定
次に、新規COPA予測を検討した。いくつかの独立したデータセットにおいて、COPAは、ユーイング肉腫および骨髄性白血病における発癌転位に関与していることが知られる2つのETSファミリー転写因子、ERGとETV1、について前立腺癌における強い例外プロファイルを同定した(Lapointe et al.,Proc Natl Acad Sci USA 101、811(2004);Tian et al.,N Engl J Med 349、2483(2003))。Dhanasekaranら(Keats et al.,Blood 105、4060(2005))、Welshら(Dhanasekaran et al.,Faseb J 19、243(2005))、およびLapointeら(Wang et al.,Lancet 365、671(2005))の前立腺癌遺伝子発現データセットにおいては、ERGは、75パーセンタイルで最高スコアの例外プロファイルを示し(表1)、Lapointe et al.およびTomlins et al.(Welsh et al.,Cancer Res 61、5974(2001))データセットでは、ETV1が90パーセンタイルで最高スコアの例外プロファイルを示した(表1)。これらのことから、COPAは、7つの独立した前立腺癌プロファイリング研究において、ERGまたはETV1をアウトライアー遺伝子の上位10番以内に9回ランク付けした。ERGとETV1の両者は、ユーイング肉腫における発癌転位に関与している。EWS遺伝子の5´活性化領域の、ERG(t(21;22)(q22;ql2))またはETV1(t(7;22)(p21;ql2))等のETSファミリーメンバーの高保存3´DNA結合領域への融合は、ユーイング肉腫の特徴である(上述のLapoint et al.,Zhan et al.,Blood 99、1745(2002);Fonseca et al.,Cancer Res 64、1546(2004))。ETSファミリーメンバーの関与する転移は発癌形質転換において機能的に重複するので、転移の1種のみが、ユーイング肉腫の各症例において通常観測される。
ERGとETV1が前立腺癌の発達に同様に関与しているならば、これらの例外プロファイルは、相互排他的、すなわち、各症例は、2つ遺伝子のうち1つのみを過剰発現するはずであると考えられる。機能的重複遺伝子または同じ発癌経路にある遺伝子における変異は、腫瘍進行において共に選択される可能性は低い。ERGとETV1の共発現プロファイルをいくつかの前立腺癌データセットにわたって調べたところ、これらが相互排他的な例外プロファイルを示すことがわかった。異なるマイクロアレイプラットフォームを用いて全体的に切除された前立腺組織をプロファイルした、2つラージスケールでのトランスクリトーム研究からのERGとETV1の発現プロファイル(上記既出のWang et al.,Cheok et al.,Nat Genet 34、85(2003))を同定した(図1A左および中央)。Glinskyらの研究が臨床的に局在化した前立腺癌試料のみについてプロファイリングを行ったのに対し、Lapointeらによる研究は、ERGとETV1アウトライアー発現を前立腺癌および転移性前立腺癌に限定して、良性前立腺組織、臨床的に局在化した前立腺癌、および転移性前立腺癌をプロファイリングしている。これら両研究においては、前立腺癌は、もっぱらERGまたはETV1を発現している(図1A右)。同様の結果は、レーザーキャプチャーマイクロダイセクション(LCM)によって得られた99の前立腺組織試料に関するプロファイリング研究においてもみられる(Welsh et al.,上記)。ERGまたはETV1の排他的なアウトライアー発現(図1B右)に加え、LCM研究の結果は、ETV1およびERGが、推定前駆病変前立腺上皮内腫瘍(PIN)あるいは隣接する良性上皮内にではなく、前立腺癌または転移性前立腺癌由来の上皮細胞内のみに過剰発現されることを実証した。観察されたこの排他的なアウトライアーパターンが活性化遺伝子が複数のパートナーと融合できるその他の転移と一致しているかを直接的に決定するため、Zhanらは、複数の骨髄腫データセット(Dhanasekaran et al.,Nature 412、822(2001))について検討した。免疫グロブリン重鎖プロモーターの、CCNDlまたはFGFR3、それぞれt(11,14)またはt(4,14)、への再発性融合は、複数の骨髄腫の特定のサブセットを特徴付ける(Wigle et al.,Cancer Res 62、3005(2002))。CCNDlが75パーセンタイルで最高スコアのアウトライアーを示し、FGFR3が95パーセンタイルで3番目に高いスコアのアウトライアーを示したので(表1)、これらの転位は例外プロファイル分析(図1C)に反映されている。2つの症例を除き、骨髄腫試料は、CCNDlまたはFGFR3の排他的な過剰発現を示した(図1Cの右)。これらを総合すると、複数の前立腺癌データセットにわたるERGとETV1の例外プロファイルは、様々なヒト悪性腫瘍におけるその他の原因変異と一致している。ERGまたはETV1の個々の前立腺癌試料における排他的な過剰発現は、多発性骨髄腫等の活性化遺伝子が生物学的重複パートナー遺伝子と融合できるその他の腫瘍と一致している。
前立腺癌におけるTMPRSS2のERGまたはETV1への再発性遺伝子融合の発見
次に、個々の前立腺癌試料におけるERGとETV1過剰発現の機構を決定した。ERGまたはETV1を過剰発現した前立腺癌細胞株および臨床試料を、定量PCR(QPCR)を実施して、同定した(図2A)。LNCaP前立腺癌細胞株およびホルモン抵抗性転移性前立腺癌で死亡した患者から入手した2試料(前立腺における残存原発癌腫であるMET‐26RPおよび、リンパ節転移であるMET‐26LN)は、QPCRにより、ETV1を顕著に過剰発現した(図2A)。異なる解剖学的位置由来の5つの独立した転移性病巣のほかに、同患者の前立腺における残存癌腫も、DNAマイクロアレイ解析でETV1を過剰発現し(上記既出のWelshらの文献を参照)、ETV1活性化が広範な転移の前に原発性腫瘍で起こったことを示唆している。リンパ節転移はホルモン抵抗性転移性前立腺癌(MET‐28LN)で死亡した第2の患者、および、過剰発現されたERGを過剰発現した、VCaPおよびDuCaPの2つの前立腺癌細胞株からも同定された(図2A)。これらの細胞株は、椎骨転移(VCaP)、およびホルモン抵抗性前立腺癌を有する第3の患者由来の硬膜転移(DuCaP)から独立に単離された(Golub et al.,Science 286、531(1999);Rosenwald et al.,Cancer Cell 3,185(2003))。繰り返しとなるが、これらの2つの細胞株におけるERGの通常の過剰発現は、ERG活性化が広範な転移の前に起こったことを示唆する。これらを総合すると、これらの結果は、特定の遺伝現象が、前立腺腫瘍形成の前に個々の試料においてERGまたはETV1を活性化しているかもしれないことを示唆していることになる。
これらの遺伝現象の特性を決定する上で、高ERGまたはETV1発現を有する試料について、これらのそれぞれの座位(7p21.2および21q22.3)での染色体増幅を試験した。ゲノムDNA上でのQPCRによると、試料中のERGまたはETV1の、それぞれの転写物過剰発現(Sotiriou et al.,Proc Natl Acad Sci USA 100,10393(2003))による増幅は見られなかった。続いて、DNA再配列の発生を分析した。上述のQPCRに用いたプライマーは、ユーイング肉腫においてはERGとETV1の既知のブレイクポイントに対して5´に位置するため、同じ転位が前立腺癌において起こりそうになかった。従って、ETV1エクソンの発現レベルは、ETV1過剰発現を示した、上記の同定した試料中のエクソンウォーキングQPCRにより測定した。ETV1エクソン2〜7におよぶ5つのプライマー対を用い、LNCaP細胞はすべての測定ETV1エクソンの実質的に均一な過剰発現を示し、およびMET26の両試料ではエクソン4〜7に比べて、ETV1エクソン2および3の発現が>90%の減少していることを示した(図2B)。本結果の可能性のある説明として、別のスプライシング、新規の癌特異性アイソフォームまたは未報告の再配列が考えられる。
全長ETV1転写物の特性を決定するため、cDNA末端の5´RNAリガーゼ介在性迅速増幅(RLM-RACE)をLNCaP細胞およびMET26-LN上で行った。さらにまた、MET28-LNにおけるERGの全長転写物を得るため、RLM−RACEを行った。RLM-RACE cDNA由来のETV1のPCR増幅のため、完全転写物の5´末端に連結したRNA-オリゴヌクレオチドに相補な順方向プライマーと、LNCaP細胞およびMET26-LNの両者で過剰発現された最も5´側のエクソンである、エクソン4の逆方向プライマーを用いた。上述と同様の手法により、ERGのエクソン4がMET28-LN内に過剰発現されたことを決定した。このエクソン中の逆方向プライマーをRLM-RACE cDNAのPCR増幅に用いた。クローン化産物の配列決定により、前立腺特異性遺伝子TMPRSS2(28)(21q22.2)の、MET26-LNにおけるETV1との融合およびMET28-LNにおけるERGとの融合が明らかになった(図2C)。MET26-LNでは、2つのRLM-RACE PCR産物を同定した。
第1の産物であるTMPRSS2:ETV1aは、TMPRSS2の完全エクソン1の、ETV1のエクソン4の始めとの融合を生じた(図2C)。第2の産物であるTMPRSS2:ETV1bは、TMPRSS2のエクソン1および2の、ETV1のエクソン4の始めとの融合を生じた(図6)。これらの両産物は、MET26-LNがエクソン2および3における過剰発現の消失を示した、上述のエクソン-ウォーキングQPCRと矛盾がない。MET28-LNにおいては、単一のRLM-RACE PCR産物を同定し、配列決定により、TMPRSS2の完全エクソン1が、ERGのエクソン4の初めに融合していることが明らかになった(TMPRSS2:ERGa)(図2C)。
前立腺癌におけるTMPRSS2:ERGおよびTMPRSS2:ETV1遺伝子融合の検証
これらの結果に基づき、QPCRプライマー対は、TMPRSS2においては順方向プライマーで、ERGとETV1のエクソン4においては逆方向プライマーで設計された。SYBRグリーンQPCRを、両プライマー対を臨床的に局在化した前立腺癌および転移性前立腺癌の42の症例より得た試料のパネルにわたって用いて行い、代表的な結果を描出した(図2DおよびE)。これらの結果は、高レベルのETV1またはERGを有する試料のみがTMPRSS2を有するそれぞれの融合産物を発現することを実証している。QPCRがいくつかの陰性試料において35サイクル後に測定可能な産物を生じたにもかかわらず、融解曲線分析は、陽性および陰性試料中の個別の産物を明らかにし、40サイクルのQPCR解析後の産物のゲル電気泳動は陰性融合試料のプライマーダイマーのみを明らかにした(図2、DおよびE)。プライマーダイマーの形成は、高GC含有量(80.3%)に起因するTMPRSS2のエクソン1全体でプライマーを設計する困難さで部分的に説明できる。しかしながら、TMPRSS2:ERGa、TMPRSS2:ETV1a、およびTMPRSS2:ETV1b融合の特異的発現をタックマン(Taqman)QPCRでそれぞれの融合にまたがる順方向プライマーを用いて確認し、各症例において産物はSYBRグリーンQPCRと同じ症例でのみ検出された(上記Sotiriou et al.)。SYBRグリーンQPCRと増幅産物に対して用いたプライマーの特異性をさらに確認するため、標準的な逆転写PCRを、TMPRSS2:ERGaを発現した試料のパネル上でSYBRグリーンQPCRと同じプライマーでおこなった。同様の大きさの産物が得られ、クローン化産物の配列決定はTMPRSS2:ERGaの存在を確認した。高レベルのETV1またはERGをそれぞれ発現したが、QPCRによる転位の証拠を示さなかったPCA16およびPCA17の2症例(図2DおよびE)を同定した。PCA16においてETV1プライマーで産生された産物の配列決定が融合転写物の証拠を示さず、PCA17においてはERGプライマーで産物は得られなかったので、RLM-RACEはこれらの結果を裏付けた。同様の結果はLNCaP細胞についても得られ、RLMRACEまたはQPCRによる融合の証拠はなく、上記のエクソンウォーキングQPCRと矛盾しなかった。
前立腺癌試料におけるETSファミリーメンバーとのTMPRSS2融合転写物の証拠の概要
RLM-RACE産物の配列決定、RT‐PCR産物のQPCRおよび配列決定を含む、TMPRSS2:ERGおよびTMPRSS2:ETV1融合転写物についての3つの異なるアッセイから得られた結果を表2にまとめる。すべての試料におこなったTMPRSS2融合に対するQPCRに加え、これらの融合の存在を、選択した試料についていくつかの手法を用いて確認した。例えば、PCA1(前立腺癌試料1)において、TMPRSS2:ERGaを、RLMRACE産物の配列決定、RT‐PCR産物のQPCRおよび配列決定により同定した。QPCR産物のQPCR融解曲線分析およびゲル電気泳動により、PCA4は予想より大きな増幅産物を産生した。続くRLM-RACE解析で、TMPRSS2の完全エクソン1の、ERGのエクソン2の初めとの融合(TMPRSS2:ERGb)を確認した(図6)。TMPRSS2:ERGb接合部にまたがる順方向プライマーを用いたタックマンQPCRはTMPRSS2:ERGbがPCA4のみに存在することを確認し、TMPRSS2:ERGa接合部にまたがる順方向プライマー を用いたタックマンQPCRは、この試料中で産物を産生しなかった(27)。TMPRSS2:ERGおよびTMPRSS2:ETV1融合の証拠は、過剰発現したERGまたはETV1をそれぞれ発現した症例のみに、QPCRまたはDNAマイクロアレイにより見られた。これらの結果は、アウトライアー解析で観察された排他的な発現と一致している。
蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)によるTMPRSS2 :ETV1転位およびERG再配列の確認
TMPRSS2:ETV1およびTMPRSS2:ERG融合転写物の存在確認後、染色体レベルでのこれらの再配列の証拠を、間期蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)をホルマリン固定パラフィン包理(FFPE)試料上で用いて得た。2つの異なるプローブ手法を用いた。すなわち、TMPRSS2:ETV1転位を検出するのに2色、融合-シグナルアプローチ、およびERG座の再配列を検出するのに2色、分断シグナルアプローチを用いた。これらのプローブ手法は、RLM-RACE、MET26およびMET28に当初使用した2症例で検証した(図3)。TMPRSS2とETV1に対するプローブを用いて、正常な末梢リンパ球(NPLs)は1対の赤と1対の緑のシグナルを示した(図3A)。MET26は、プローブの重複の指標である一対のシグナルの融合を示し(図3B、黄色矢印)、本試料中におけるTMPRSS2:ETV1転写物の発現と一致していた。さらにまた、ETV1に対する残りの2つのシグナルにより示されるように(図3B、赤矢印)、ETV1座位の一貫した低レベル増幅を確認した。同様に、ERG座位の5´および3´領域にわたるプローブを用いて、NPLにおける一対の黄色のシグナルを観測した(図3C)。MET28においては、一対のプローブは緑と赤の別々のシグナルに分かれ、ERG座位での再配列を示している(図3D、緑および赤の矢印)。この結果は、本症例におけるTMPRSS2:ERG転写物の発現と一致している。これらの結果に基づき、上述の個々のFISH解析を、局在化した前立腺癌の13症例および転移性前立腺癌の16症例(図3E)由来のコアを含む連続組織マイクロアレイでおこなった。マトリックスで示すように、29の症例中23症例(79.3%)が、TMPRSS2:ETV1融合(7症例)またはERG再配列(16症例)の証拠を示した。さらにまた、29症例のうちの12症例で(41.4%)ETV1座位での低レベル増幅の証拠を示した。過去の報告では、ETV1、7pのゲノム位置を、局在化したおよび転移性前立腺癌において最もよく増幅された領域の1つとして同定した(Slamon et al.,Science 235、177(1987))。しかしながら、ETV1増幅がERG再配列を有する6症例で起こり、本発明者らの転写物データが、高いERG発現およびTMPRSS2:ERG融合を有する試料のうち高いETV1発現も有するものは19試料のうち0試料であることを実証しているので、7p増幅はETV1発現を誘発していないようである。さらにまた、ETV1増幅およびTMPRSS2:ETV1融合の両者がFISHにより存在した場合、融合シグナルではなく、個々のETV1シグナルのみが増幅された。にもかかわらず、このFISH解析結果は、 上述の転写物データと一致した、ゲノムレベルでのTMPRSS2:ETV1およびERG再配列の存在を実証している。
TMPRSS2はアンドロゲン調節遺伝子であり、ERGとの融合でERGのアンドロゲン制御を生じている。TMPRSS2は、初期にLNCaP細胞中でアンドロゲンにより発現が増大された前立腺特異的遺伝子として同定されたものであり、アンドロゲン応答性エレメント(ARE)もそのプロモーター中に含む(Huang et al.,Lancet 361、1590(2003);Schwartz et al.,Cancer Res 62、4722(2002))。続く研究により、正常および腫瘍性前立腺組織における高い発現が確認され、TMPRSS2がアンドロゲン感受性前立腺細胞株においてアンドロゲン制御されていることが実証された(Schwartz et al.,Cancer Res 62、4722(2002);Ferrando et al.,Cancer Cell 1,75(2002);Chen et al.,Mol Biol Cell 14,3208(2003);LaTulippe et al.,Cancer Res 62,4499(2002))。さらにまた、アンドロゲンがアンドロゲン非感受性前立腺癌細胞株PC3におけるTMPRSS2の発現を増大しないのに対し、PC3細胞におけるアンドロゲン受容体の安定な発現は、アンドロゲン応答性となるTMPRSS2を生じた(Schwartz et al.,上記;Ferrando et al.上記;Chen et al.上記;LaTulippe et al.上記)。これに対し、アンドロゲンで処理したLNCaP前立腺細胞株のマイクロアレイ研究では、アンドロゲン応答性であるためERGまたはETV1を同定しておらず(Jain et al.,Cancer Res 64、3907(2004))、これらのプロモーター配列を調べることでは共通AREを明らかにしなかった(上記Sotiriou et al.)。各細胞株において3つの独立したアッセイにより確認された(表2)DuCaPおよびVCaP細胞株におけるTMPRSS2:ERGa融合が、ERGのアンドロゲン制御を生じていると考えられた。ERG発現のアッセイにQPCRを用いて、ERGがVCaPおよびDuCaP細胞の両者で高発現されたにもかかわらず、合成アンドロゲンR1881による処理が、ERGの発現を、未処理対照と比較して、DuCaP細胞では2.57倍に、およびVCaP細胞では5.02倍に増大したことが確認された(図4)。ERGの発現は最小であり、R1881治療後では未処理対照試料に比べて、RWPE(1.37倍)、LnCaP(0.86倍)、PC3(1.28倍)、およびアンドロゲン受容体を発現するPC3細胞(0.73倍)では実質的に変化しなかった。
同一試料のマイクロアレイ解析は、ERGは、DuCaPおよびVCaP細胞おけるアンドロゲンに対する応答で、上方制御されるだけであることを確認した(Sotiriou et al.,上記)。本発明は特定の機構に限定されるものではない。実際、機構の理解は、本発明の実施に必要ではない。にもかかわらず、これらの結果は、TMPRSS2とのそれぞれの融合が存在する場合に前立腺癌におけるERGまたはETV1の異常発現についての可能な機構を示唆していると考えられる。
(表1)癌の例外事象の解析(COPA)
強度の例外プロファイルを有する癌において原因となる変異が起こることが知られている遺伝子。「X」は、後天性病原ゲノム(pathogenomic)転位についての文献証拠を示す。「XX」は、転位について特性決定した具体的な研究における例と、具体的な転位についての文献証拠を示す。「Y」は、既知の増幅との一致を示す。「**」は、前立腺癌におけるERGとETV1の例外プロファイルを示す。
Figure 0006035634
表2は、前立腺癌試料および細胞株におけるETSファミリーメンバー状態に対するTMPRSS2融合をまとめたものである。すべてのアッセイについて、陽性結果を「+」で示し、陰性結果を「−」で示している。空欄になっている細胞は、所定のアッセイがその試料について行われなかったことを示す。定量PCR(QPCR)によるERGまたはETV1の過剰発現が示されており、アステリスク(*)で示す試料は、その試料がcDNAマイクロアレイでも評価され過剰発現が確認されたことを示す。TMPRSS2:ERGまたはTMPRSS2:ETV1遺伝子融合を検出するために、選択した試料について過剰発現したETSファミリーメンバーについてのRLM-RACEを行い、配列決定後にTMPRSS2融合を有する試料を示す。すべての試料について、QPCRによるTMPRSS2:ETV1およびTMPRSS2:ERG発現を分析した。選択した症例はまた、QPCRで用いたものと同じTMPRSS2融合プライマーを用いて標準的な逆転写PCR(RT‐PCR)により増幅し、増幅産物を配列決定した。TMPRSS2:ETV1またはTMPRSS2:ERG融合の証拠を示す試料を表中の1番最後の列に示す。
(表2)
Figure 0006035634
Figure 0006035634
(表3)癌の例外事象の解析(COPA)
Oncomineでの検討で上位10位に入る例外プロファイルを有する癌における原因となる変異が起こることが知られている遺伝子を示す。「X」は、後天性病原ゲノム転位に関する文献証拠を示す。「XX」は転位について特性決定した具体的な研究における例と、具体的な転位についての文献証拠を示す。「Y」は、既知の増幅との一致を示す。「**」は、前立腺癌におけるERGとETV1の例外プロファイルを示す。
Figure 0006035634
Figure 0006035634
Figure 0006035634
(表4)本研究で用いたオリゴヌクレオチドプライマー
すべてのプライマーについて、遺伝子、塩基、およびエクソン(UCSCゲノムブラウザーを用いた、2004年5月のヒトゲノムのアセンブリと本文中に記載の参照配列のアラインメントに従う)を列挙する。順方向プライマーを「f」でおよび逆方向プライマーを「r」で示す。
Figure 0006035634
実施例2:ETV4遺伝子融合
A.材料および方法
プロファイリング研究におけるETSファミリーの発現
前立腺癌におけるETSファミリーメンバーの発現を調べるため、Oncomineデータベース(Rhodes et al.,Neoplasia 2004;6:1-6)にある、2つの前立腺癌プロファイリング研究を利用した(Lapointe et al.,Proc Natl Acad Sci USA 2004;101 :811-6およびTomlins et al.,Science 2005;310:644-8)。ETS領域を有する遺伝子をインタープロフィルター「Ets」(インタープロID:IPR000418)により同定した。ヒートマップ表示を「遺伝子ごとに中央値を中心」のオプションを用いてOncomine中に作製し、その色の対比を、ERGとETV1の発現差異を強調するように設定した。
試料
前立腺癌組織(PCAl-5)は、米国ミシガン大学前立腺癌専門優良研究プログラム(SPORE)組織コアの一部である、米国ミシガン大学の根治的前立腺切除術系列から得た。すべての試料は、患者らのインフォームドコンセントおよび事前の研究所審査委員の承認を得て収集した。全RNAをトリゾール(インビトロジェン社、米国カリフォルニア州カールスバッド)を製造業者の使用説明に従って用いて単離した。良性前立腺組織全RNAの市販のプール(CPP、Clontech社、米国カリフォルニア州マウンテンビュー)も用いた。
定量PCR(QPCR)
QPCRを、既述のように(上記Tomlins et al.)、SYBRグリーン色素をアプライドバイオシステム社7300リアルタイムPCRシステム(アプライドバイオシステム社、米国カリフォルニア州フォスターシティ)上で用いて実施した。各試料についての、ハウスキーピング遺伝子グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素(GAPDH)に対する各標的遺伝子の量を報告した。これらの標的遺伝子の相対量を、良性前立腺組織(CPP)のプール由来量に対する値に対して較正した。すべてのオリゴヌクレオチドプライマーは、インテグレイテッドDNAテクノロジーズ(米国アイオワ州コーラルビル)により合成されたものである。GAPDHプライマーについては、文献(Vandesompele et al.,Genome Biol 2002;3:RESEARCH0034)に記載のとおりである。ETV4のエクソンに対するプライマーは以下のとおりである(5´→3´方向に列挙)。すなわち、
Figure 0006035634
である。エクソンを、UCSCゲノムブラウザーを用いて2004年5月凍結のヒトゲノムで、ETV4(NM001986.1)に関するRefSeqのアラインメントにより番号付けした。TMPRSS2:ETV4融合転写物のQPCR確認のため、TMPRSS2:ETV4aおよびTMPRSS2;ETV4b転写物の両者を検出する
Figure 0006035634
を、ETV4_エクソン4-rと共に用いた。
cDNA末端のRNAリガーゼ介在性迅速増幅(RLM-RACE)
RLM-RACEを、ジーンレーサーRLM-RACEキット(インビトロジェン社)を用いて、記載の製造業者の使用説明書に従い(上記Tomlins et al.)実施した。ETV4の5´末端を得るために、PCA5由来の第1の鎖cDNAを、ジーンレーサー5´プライマーおよびETV4_エクソン4-rまたはETV4_エクソン7-r
Figure 0006035634
を用いて増幅した。産物をクローン化し、記載のように配列決定した(上記Tomlins et al.)。TMPRSS2:ETV4転写物の等価物5´末端を両プライマー対から得た。
蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)
ホルマリン固定したパラフィン包理(FFPE)組織切片を間期FISHに用いた。パラフィンを除去した組織を、0.2MのHClで10分間、2倍濃度のSSCで80℃で10分間処理し、プロテアーゼK(インビトロジェン社)で10分間消化した。これらの組織とBACプローブを5分間94℃で共に変性し、一晩37℃でハイブリッド形成させた。ハイブリッド形成後洗浄を0.1%ツイーン20を含む2倍濃度のSSCで5分間行い、蛍光検出を、フルオレセインに結合した抗ジゴキシゲニン(Roche Applied Science社、米国インディアナ州インディアナポリス)、およびAlexa Fluor594に結合したストレプトアビジン(インビトロジェン社)を用いて実施した。スライドを対比染色し、DAPI含有のProLong Gold退色防止試薬(インビトロジェン社)中においた。スライドをLeica DMRA蛍光顕微鏡(Leica社、米国イリノイ州ディアフィールド)を用いて観察し、サイトビジョンソフトウェアシステム(アプライドイメージング社、米国カリフォルニア州サンタクララ)を用いてCCDカメラで撮像した。
いずれのBACも、BACPACリソースセンター(米国カリフォルニア州オークランド)から入手したものであり、プローブ位置を正常な末梢リンパ球の分裂中期スプレッドとのハイブリッド形成により確認した。TMPRSS2:ETV4融合の検出については、RP11-35C4(TMPRSS2に対して5´側)をETV4に対して3´側に位置する複数のBAC(ETV4に対して遠位側から近位側へ、順にRP11-266I24、RP11-242D8、およびRP11-100E5)と共に用いた。ETV4再配列の検出については、RP11-436J4(ETV4に対して5´側)をETV4に対して3´側に位置する複数のBACと共に用いた。各ハイブリッド形成について、癌性細胞の領域が病理学者により同定され、一試料につき100細胞をカウントした。TMPRSS2:ETV4融合についての報告された細胞数は、RP11-242D8を用い、同様の結果がすべての3´ETV4 BACで得られた。PCA5におけるさらなる再配列を排除するため、FISHを、ETV4に対して3´側(RP11-266I24およびRP11-242D8)、ERG分断シグナルプローブ(RP11-95I21およびRP11-476D17)、およびTMPRSS2:ETV1融合プローブ(RP11-35C4およびRP11-124L22)の2つのプローブを用いて実施した。BAC DNAをQIAフィルター・マキシプレップキット(Qiagen社、米国カリフォルニア州ヴァレンシア)を用いて単離し、プローブをジゴキシゲニンまたはビオチン・ニックトランスレーションミックス(Roche Applied Science社)を用いて合成した。
B.結果
最初のCOPAスクリーニングは、ERGまたはETV1とのTMPRSS2融合の特性決定に至った(実施例1)。これらの遺伝子融合に対して陰性な前立腺癌は、その他のETSファミリーメンバーを含む再配列を有しているとさらに考えられる。Oncomineデータベース(上記既出のRhodes et al.)からの前立腺癌プロファイリング研究においてモニターされたすべてのETSファミリーメンバーの発現を調べることで、ETSファミリーメンバーETV4の著しい過剰発現を、1つは全体解剖組織のプロファイリング(Lapointe et al.,上記)(図7A)であり、もう1つがレーザーキャプチャーマイクロダイセクション(LCM)組織のプロファイリング(図7B)である、2つの研究の各々から単一の前立腺癌の症例で同定した。これらの症例はERGまたはETV1を過剰発現せず、いずれの良性前立腺組織も過剰発現を示さなかったので、TMPRSS2との融合がこれらの症例におけるETV4の過剰発現に関与したと考えられた。ELF3が前立腺癌の症例のうちのわずかでも過剰発現されたにも拘わらず、これらの両研究で、正常な前立腺組織試料も著しいELF3過剰発現を示しており、良性および癌性組織の両者での発現を引き起こす遺伝子融合の可能性が低いことを示している。従って、このETV4過剰発現の事例(PCA5として表す)をさらに分析した。
全RNAをPCA5から単離し、エクソン-ウォーキング定量PCR(QPCR)を用いてETV4の過剰発現を確認した。この場合、QPCRは、プールされた良性前立腺組織(CPP)(約900倍)、およびETV4を過剰発現せずかつTMPRSS2:ERG陽性(PCAl-2)であるかまたは陰性(PCA3-4)であった前立腺癌に比べて、ETV4の3´からエクソン2までのエクソンが著しく発現されたことを実証した(図8A)。しかしながら、PCA5における遠位領域に対する、ETV4のエクソン2の発現の顕著な減少(>99%)が観測されており、TMPRSS2:ERGおよびTMPRSS2:ETV1陽性の例(上記既出のTomlins et al.)ですでに観察されているように、可能性のあるTMPRSS2との融合を示している。
PCA5におけるETV4転写物の5´末端を同定するため、cDNA末端のRNA-リガーゼ介在性迅速増幅(RLM-RACE)を、エクソン7において逆方向プライマーを用いて行った。RLM-RACEは2つの転写物を明らかにし、これらは各々、ETV4由来の配列に融合したTMPRSS2のおよそ8kb上流に位置する配列からなる5´末端を有していた(図8B)。具体的には、TMPRSS2:ETV4aの5´末端は、TMPRSS2の該領域上流から47塩基対を有しているが、TMPRSS2:ETV4bの5´末端は、同じ末端13塩基対を有している。これら両転写物の5´末端は、ETV4のエクソン7の逆方向プライマーを通じて、ETV4のエクソン3の直前の5´側に位置するイントロンの9塩基対と、エクソン3の既報の基準配列とからなる、同一の隣接配列に融合した。
PCA5における両転写物の存在およびCPPおよびPCA1〜4におけるこれらの非存在を、QPCRを用いて確認した。既知のエクソンを含む融合物の存在をTMPRSS2からさらに排除するため、QPCRを、TMPRSS2のエクソン1の順方向プライマー、およびETV4エクソン4逆方向プライマーを用いて実施し、予測どおり、CPPまたはPCA1〜5で産物は検出されなかった。
ETV4調節不全を有するその他の前立腺癌が、TMPRSS2:ERGおよびTMPRSS2:ETV1転写物(TMPRSS2由来の既知のエクソン含む)に構造的により類似したTMPRSS2:ETV4融合転写物を含み得るかどうかは不明である。本願明細書で報告されているTMPRSS2:ETV4融合は、TMPRSS2のすぐ上流の十分特性決定されたAREを含んでいない。しかしながら、本願明細書に記載のTMPRSS2:ETV4転写物(Rabbitts,Nature 1994;372:143-9)に存在するTMPRSS2配列の上流に位置するアンドロゲン応答性エンハンサーについての証拠はある。にもかかわらず、融合転写物に関わるETV4エクソンのみの著しい過剰発現は、遺伝子融合が、ETV4の調節不全に関与していることを強く示唆している。これらをあわせると、TMPRSS2:ETV4融合転写物の構造は、転写されたTMPRSS2配列よりむしろ、TMPRSS2上流の制御エレメントが、ETSファミリーメンバーの調節不全を引き起こしているという結論を支持する。
RLM-RACEおよびQPCRで実証されている、TMPRSS2(21q22)とETV4(17q21)を取り囲むゲノム座位の融合を確認するため、間期蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)を利用した。TMPRSS2に対して5´側、ETV4に対して3´側のプローブを用いることで、TMPRSS2とETV4座位の融合が、PCA5由来の癌性細胞の65%で観測された(図8D)。ETV4の再配列のさらなる確認として、5´および3´側のプローブをETV4に用いると、PCA5由来の癌性細胞の64%が分断シグナルを示した。FISHも、さらなる再配列を排除するため、ETV4に対して3´側の2つプローブ、ERG分断シグナルプローブ、およびTMPRSS2:ETV1融合プローブを用いてPCA5上で実施し、各ハイブリッド形成について陰性の結果が得られた。
これらを総合すると、この結果は、多くの分析方法は一貫した調節解除を示さないプロファイルを考慮にいれず(Eisen et al.,Proc Natl Acad Sci USA 1998;95:14863-8;Golub et al.,Science 1999;286:531-7;Tusher et al.,Proc Natl Acad Sci U S A 2001;98:5116-21)、それゆえ希少にみえる(98症例中2症例)前立腺癌におけるETV4を同定できないので、腫瘍遺伝子発現データの例外プロファイルを注意深く調べて用いることを強調している。TMPRSS2:ERGおよびTMPRSS2:ETV1融合の同定と組み合わせると、ここに示す結果は、AREまたはTMPRSS2上流のエンハンサーの破壊によってもたらされるETSファミリーメンバーの調節不全は、前立腺腫瘍形成の顕著な特徴である。
実施例3:遺伝子融合RNAの検出
本実施例では、4つの異なる定性的アッセイにおける、4つの遺伝子融合配列を有するRNA(IVT)を標的とした捕捉、増幅および定性的検出(TMPRSS2:ETV1a、TMPRSS2:ETV1b、TMPRSS2:ERGa、およびTMPRSS2:ERGb、APTIMA製剤試薬を使用)、ならびに各々を適当な標的特異的なオリゴヌクレオチド、プライマー、およびプローブを加えたHPA検出について説明する。表5は、アッセイに用いたオリゴヌクレオチドの配列を示す。
(表5)
Figure 0006035634
A.材料および方法
RNA標的捕捉
溶解緩衝液は、15mMのリン酸1ナトリウム(1水塩)、15mMのリン酸2ナトリウム(無水)、1.0mMのEDTA2ナトリウム2水和物、1.0mMのEGTA遊離酸、および110mMのラウリル硫酸リチウムをpH6.7を含有した。標的捕捉試薬は、250mMのヘペス(HEPES)、310mMの水酸化リチウム、1.88Mの塩化リチウム、100mMのEDTA遊離酸(pH6.4)、および250μg/mLの1ミクロンの、共有結合したオリゴマー(dT)14を有するカルボキシレート改変磁性粒子であるSERA-MAG MG-CM(Seradyn社、米国インディアナ州インディアナポリス)を含んだ。洗浄液は、10mMのヘペス、6.5mMの水酸化ナトリウム、1mMのEDTA、0.3%(v/v)エタノール、0.02%(w/v)メチルパラベン、0.01%(w/v)プロピルパラベン、150mMの塩化ナトリウム、0.1%(w/v)ラウリル硫酸ナトリウム(SDS)をpH7.5で含有する。
RNA増幅および検出
増幅試薬は、26.7mMのrATP、5.0mMのrCTP、33.3mMのrGTPおよび5.0mMのrUTP、125mMのヘペス、8%(w/v)トレハロース2水和物、1.33mMのdATP、1.33mMのdCTP、1.33mMのdGTP、および1.33mMのdTTPを、pH7.5で含有する3.6mLの溶液の凍結乾燥させた形態である。この増幅試薬は、9.7mLの増幅試薬再構成溶液(下記参照)中で再構成した。使用前に、各15pmolのプライマーオリゴマーを加えた。増幅試薬再構成溶液は、0.4%(v/v)エタノール、0.10%(w/v)メチルパラベン、0.02%(w/v)プロピルパラベン、33mMのKCl、30.6mMのMgCl、0.003%フェノールレッドを含んでいた。酵素試薬は、20mMのヘペス、125mMのN-アセチル-L-システイン、0.1mMのEDTA2ナトリウム2水和物、0.2%(v/v)トリトン7X100洗浄液、0.2Mのトレハロース2水和物、0.90 RTU/mLのモロニーマウス白血病ウイルス(MMLV)逆転写酵素、および0.20U/mLのT7 RNAポリメラーゼをpH7.0で含有する1.45mLの溶液の凍結乾燥された形態のものである。1単位(RTU)の活性を、5.75fmolのcDNAの、37℃15分間におけるMMLV逆転写酵素およびT7 RNAポリメラーゼに対する合成および遊離と定義し、1単位(U)の活性を、37℃20分間での5.0fmolのRNA転写物の産生と定義する。酵素試薬を、3.6mLの酵素試薬再構成溶液(下記参照)中で再構成した。酵素試薬再構成溶液は、50mMのヘペス、1mMのEDTA、10%(v/v)トリトン7X100、120mMの塩化カリウム、20%(v/v)無水グリセリンをpH7.0で含有する。ハイブリッド形成試薬は、100mMのコハク酸遊離酸、2%(w/v)ラウリル硫酸リチウム、100mMの水酸化リチウム、15mMのアルドリチオール-2、1.2Mの塩化リチウム、20mMのEDTA遊離酸、3.0%(v/v)エタノールを、pH4.7で含有した。
選択試薬は、600mMのホウ酸、182.5mMの水酸化ナトリウム、1%(v/v)トリトン7X100を、pH8.5で含有した。この検出試薬は、1mMの硝酸および32mMの過酸化水素を含有する検出試薬Iと、1.5Mの水酸化ナトリウムを含有する検出試薬IIとを含んだ。
B.アッセイプロトコル
標的捕捉
1.反応管1本につき400μLの試料に対して示される複製レベルで、IVTストック溶液をSTMに希釈することで試料を調製する。
2.連続分注器を用いて、TCOを有するTCR100μLを適切な反応管に添加する。
3.マイクロピペットを用いて各試料400μLを加えて、適切に標識する。
4.反応管をシーリングカードでカバーして、ラックを緩やかに手で振とうする。ボルテックスしない。ラックを62±1℃ウォーターバス中で30±5分間インキュベートする。
5.ウォーターバスからラックを取り出し、反応管の底を吸収性材料で拭いて乾かす。
6.シーリングカードがしっかりと固定されていることを確認する。必要に応じて、シーリングカードを新しいものと取替え、しっかりと密封する。
7.シーリングカードを取り外さずに、ラックを室温で30±5分間インキュベートする。
8.ラックを5〜10分間TCSマグネチックベース上に置く。
9.APTIMA洗浄液を分注マニフォールドを通してポンプでくみあげて、分注装置のポンプラインを準備する。ライン中の気泡がなくすべての10個のノズルが安定な流れの液体を送液するように、ポンプで十分に液体をシステム内に通す。
10.真空ポンプを始動し、吸引マニフォールドとトラップ瓶の間の第一のコネクターで吸引マニフォールドの接続を切る。真空計の読みが、25in.Hgを超えないようにする。真空計の読みには15秒かかる可能性がある。マニフォールドを再び接続して、および真空計の読みが7〜12in.Hgの範囲になるようにする。すべての標的捕捉工程が完了するまで真空ポンプを運転させておく。
11.吸引マニフォールドを第1セットの先端部にしっかりと取り付ける。先端部が軽く反応管の底に接触するまで、先端部を第1のTTUに下げて、すべての液体を吸引する。先端部を反応管の底に触れたままにしない。
12.吸引終了後、先端部をもとの先端カセットに外し入れる。各試料専用の先端部用いて、吸引工程を残りのTTUについて繰り返す。
13.分注マニフォールドを各TTUに配置し、分注装置ポンプを用いて、1.0mLのAPTIMA洗浄液をTTUの各反応管に送液する。
14.反応管をシーリングカードで封をし、ラックをTCSから取り除く。マルチチューブボルテックスミキサーで1度ボルテックスする
15.ラックをTCSマグネチックベース上に5〜10分間置く。
16.すべての液体を工程13および14のように吸引する。
17.最終吸引の後、ラックをTCSベースから取り出し、目視で反応管を検査してすべての液体が吸引されたかを確認する。液体がまだ見られる場合、ラックをTCSベースに2分間戻して、各試料について先に用いたものと同じ先端部を用いてTTUに対して吸引を繰り返す。
プライマーアニーリングおよび増幅
1.連続分注器を用いて、分析物特異性プライマーを含有する再構成増幅試薬75μLを各反応管に加える。この時点ですべての反応混合物は赤色となるはずである。
2.連続分注器を用いて、200μLの油試薬を加える。
3.シーリングカードで反応管に封をし、マルチチューブボルテックスミキサー上でボルテックスする。
4.ラックをウォーターバス中62±1℃で10±5分間インキュベートする。
5.ラックをウォーターバスに移し、42±1℃で5±2分間放置する。
6.ラックをウォーターバスにつけたまま、シーリングカードを注意深く取り外し、連続分注器を用いて、25μLの再構成酵素試薬を反応混合物の各々に添加する。この段階で、すべての反応は、オレンジ色となっているはずである。
7.直ちに新しいシーリングカードで反応管に封をしてウォーターバスから取り出し、ラックを手で緩やかに振とうさせて反応物を混合する。
8.ラックを42±1℃で60±15分間インキュベートする。
ハイブリッド形成
1.増幅前ウォーターバスからラックを取り出し、増幅後領域に移す。分析物特異性プローブを有する再構成したプローブ試薬100μLを、連続分注器を用いて加える。すべての反応混合物はこの時点で黄色となっているはずである
2.反応管をシーリングカードで封をし、マルチチューブボルテックスミキサー上で10秒間ボルテックスする。
2.ラックを62±1℃のウォーターバス中で20±5分間インキュベートする。
3.ラックをウォーターバスから取り出し、室温で5±1分間インキュベートする。
選別
1.連続分注器を用いて、250μLの選択試薬を各反応管に加える。すべての反応は、この段階で赤色を呈するはずである。
2.反応管をシーリングカードで封をして10秒間あるいは色が均一になるまでボルテックスし、ラックを62±1℃のウォーターバス中で10±1分間インキュベートする。
3.ラックをウォーターバスから取り出す。ラックを室温で15±3分間インキュベートする。
TTUの読み取り
1.試験完了に十分な量の自動検出試薬IおよびIIがあることを確認する。
2.カセット位置番号1に空のTTUを1つ入れてLEADERルミノメーターを準備し、WASHプロトコルをおこなう。
3.TTUをルミノメーターにロードし、HC+RevBプロトコルを実行する。
C.結果
TMPRSS2:ERGおよびTMPRSS2:ETV1遺伝子融合IVTの各々をTCRに添加した4つのアッセイに対する結果を表6〜9に示す。
(表6)
Figure 0006035634
(表7)
Figure 0006035634
(表8)
Figure 0006035634
(表9)
Figure 0006035634
実施例4:遺伝子融合に関するFISH分析
本実施例では、前立腺癌試料29試料中23試料がERGまたはETV1に再配列を保持することを実証するための、蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)の使用について説明する。細胞株実験は、TMPRSS2のアンドロゲン応答性プロモーターエレメントが、前立腺癌においてETSファミリーメンバーの過剰発現を介在していることを示唆する。これらの結果は、癌腫の発症および前立腺癌の分子的診断および治療に意味をもつ。
FISHアッセイに用いた具体的なBACプローブの一覧を以下に示す。
ETSファミリーメンバーにおける異常をFISHにより検査するための臨床的FISH解析
・1つがETV1にまたがり1つがTMPRSS2座位にまたがるプローブを用いたETV1-TMPRSS2融合の評価
ETV1に対するBAC:RP11-692L4
TMPRSS2に対するBAC:RP11-121A5、(RP11-120C17、PR11-814F13、RR11-535H11)
・c‐ERG:t‐ERG分断に関する1組のプローブを用いたERG転位の評価:
c‐ERGに対するBAC:RP11-24A11
t‐ERGに対するBAC:RP11-372O17、RP11-137J13
・1つはETV1座位にまたがり1つの基準プローブは7番染色体上にある1組のプローブを用いたETV1欠失/増幅試験:
ETV1に対するBAC:RP11-692L4
7番染色体上の標準プローブに対するBAC:chrのセントロメア上の市販プローブ
・1つがERG座位にまたがり1つの基準プローブが21番染色体上にある1組のプローブを用いたERG欠失/増幅試験:
ERGに対するBAC:RP11-476D17
21番染色体上の標準プローブに対するBAC:
・1つがTMPRSS2座位にまたがり1つの基準プローブが21番染色体上にある1組のプローブを用いたTMPRSS2欠失/増幅試験:
TMPRSS2に対するBAC:RP11-121A5、(RP11-120C17、PR11-814F13、RR11-535H11)
21番染色体上の基準プローブに対するBAC:
21番染色体上の基準プローブに対するBAC:PR11-32L6、RP11-752M23、RP11-1107H21、RP11-639A7、(RP11-1077M21)
実施例5:欠失を伴うTMPRSS2:ERG融合
本実施例では、TMPRSS2:ERG融合に伴う、21番染色体q22.2-3上のERGとTMPRSS2との間に位置する共通の欠失(common deletion)の存在について説明する。疾患進行と臨床成績との関連を、広い範囲にわたるヒトPCA試料、6つの細胞株、および13の異種移植を用いて調べた。
A.材料および方法
臨床試料
本検討で用いた前立腺試料は、IRB認定プロトコルのもとで収集されたものである。すべての臨床的に局在化したPCA試料を、1名の病理学者により特性決定し、病理報告の際の観察者間の差異を排除するため、グリーソンスコアをつけた。臨床的に局在化したPCA試料を、ウルム大学での現在進行中の研究プロトコルの一部として収集した。これらのホルモン抵抗性試料は、米国ミシガン大学の迅速剖検プログラムから採取されたものである。
FISH実験を、214名の患者由来の897の組織コア(ヒストスポット)からなる、2つのPCA予後評価アレイについておこなった。患者の個体群統計の要約を表10に示す。すべての患者が、1989年から2001年の間にウルム大学(独国ウルム)にて、骨盤リンパ節切除術を伴う根治的前立腺切除術を受けた。術前PSAは、1から314ng/mL(平均36ng/mL)の範囲であった。平均および最大追跡期間は、それぞれ3.4および8.4年である。
細胞株および異種移植片
アンドロゲン非依存性(PC‐3、DU-145、HPV10、および22Rv1)、およびアンドロゲン感受性(LNCaP)PCA細胞株は、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(米国バージニア州マナサス)から購入したものであり、限定培地中で維持した。HPV10は、HPV18DNA(18)によるトランスフェクションで形質転換した、高悪性度PCA(グリーソンスコア:4+4=8)由来の細胞に由来した。22Rv1は、性腺摘除誘発性退縮および親のアンドロゲン依存性CWR22異種移植の再発後にマウスにおいて連続的に増殖させた、異種移植に由来するヒトPCA上皮細胞株である。VCAP細胞株は、米国ミシガン大学での迅速剖検プログラムの一部として、椎骨転移性病変から得られたものである。
LuCaP23.1、35、73、77、81、86.2、92.1、および105は、アンドロゲン非依存性ホルモン-抵抗性疾患PCAの患者由来のものである。LuCaP49および115は、アンドロゲン依存PCAの患者由来のものである。LuCaP58は、臨床的に進行した転移性疾患を有する未治療の患者由来のものであり、LuCaP96は、ホルモン抵抗性PCAを有する患者で増殖する前立腺由来腫瘍から樹立したものである。LuCaP49(大網腫瘤より樹立)、およびLuCaP93は、ホルモン非感受性(アンドロゲン受容体[AR]-陰性)小細胞PCAである。これらの2つの異種移植は、神経内分泌表現型を実証した。LuCaP23.1はSCIDマウス内で維持され、およびその他の異種移植は、オスのBALB/cnu/nuマウスに腫瘍を移植することで維持される。
間期FISHを利用したTMPRSS2 :ERG融合の決定
TMPRSS2:ERGの転位に関するFISH解析は、本願明細書中や過去にも記載がある(Tomlins,et al.,Science 310:644-8(2005))。この分離アッセイを図11および14に示す。21番染色体q22.2上におけるERG再配列を解析するために、それぞれがERG座位の隣接するセントロメアおよびテロメア領域に広がる、ビオチン-14-dCTP標識BACクローンRP11-24A11(最終的に結合して赤のシグナルを生成)、およびジゴキシゲニン-dUTP標識BACクローンRP11-137J13(最終的に結合して緑のシグナルを生成)からなる分離プローブシステムを応用した。すべてのBACクローンは、BACPACリサーチセンター、オークランド研究所小児科病院(CHORI)、米国カリフォルニア州オークランドより入手したものである。
この分離プローブシステムを利用して、ERG再配列を有さない核は、赤と緑の並列した2対のシグナルを示した。赤-緑の並列シグナルは、黄色の融合シグナルを形成する。ERG再配列を有する核は、1つの並んだ赤-緑シグナル対の分離が各細胞において、転位置された対立遺伝子に対する単一の赤および緑シグナルと非転位置対立遺伝子に対する複合した黄色のシグナルを生じることを示している。組織解析の前に、すべてのプローブの完全性と純度を正常な末梢リンパ球の分裂中期スプレッドとのハイブリッド形成により確認した。組織ハイブリッド形成、洗浄、および蛍光検出は、過去の記載に基づいておこなった(Garraway,et al.,Nature 436:117-22(2005);Rubin,et al.,Cancer Res.64:3814-22(2004))。少なくとも1つのTMAコアを、2つTMA由来の59%のPCAの症例で評価できた。このアッセイの技術的な難点として、評価する診断材料がないこと、弱いプローブシグナル、および正確な診断を妨げる重複細胞が挙げられた。残りの本解析では、評価可能な臨床的に局在化したPCAの118の症例に絞った。15の症例では、同じく評価可能な、対応するホルモン未処理転移性リンパ節試料を有した。
これらの試料を、適切なフィルターを装備したオリンパスBX−51蛍光顕微鏡、CCD(charge−coupled device)カメラおよびサイトビジョン FISH撮像および画像取り込み用ソフト(アプライドイメージング社、米国カリフォルニア州サンノゼ)を用いて、100x油浸対物レンズで観察した。これらの試験の評価は、ともに間期FISH実験の解析の経験のある病理学者2名により独立におこなった。各症例について、1症例につき少なくとも100個の核を評定するようにした。両病理学者による結果において顕著な差が見られ場合、その症例は、第3の病理学者が審査した。
オリゴヌクレオチドSNPアレイ解析
SNPアレイは対立遺伝子の遺伝子型解析を対象としているにもかかわらず、このSNPアレイデータは、異型接合性の損失(Lieberfarb,et al.,Cancer Res 63:4781-5(2003);Lin,et al.,Bioinformatics 20:1233-40(2004))および複製数変化の検出(Zhao,et al.,Cancer Cell 3:483-95(2003))に関する情報を提供できる。SNPアレイ解析を利用すると、黒色腫(MITF)等の様々な癌における増幅遺伝子を確認および検証することが可能である(Garraway,et al.,Nature 436:117-22(2005))、およびPCA(TPD52)(Rubin,et al.,Cancer Res.64:3814-22(2004))。
100Kアレイ上でのSNP検出は、ゲノム表現(genome representation)の減少で始まった。ゲノムDNA250ngの2つのアリコットを別々にXbaI HindIIIで消化した、これらの消化された断片を独立にオリゴヌクレオチドリンカーに連結した。この結果得られる産物を、200〜2000bpのPCR断片を増幅する条件下で単一のPCRプライマーを用いて増幅した。これらの断片は、ゲノムの細分画を示す。これらはそのXbaIおよびHindIII断片内にあるので、アレイ上にタイル張り状に配置したSNPを予備選択し、アレイ上で強く検出されることを確認した。続いて、これらの得られたDNAの増幅プールを標識して断片化し、さらに、HindIIIおよびXbaIオリゴヌクレオチドSNPアレイを分離するためハイブリッド形成した。
アレイをジーンチップスキャナー3000で走査した。遺伝子型決定(Genotyping call)およびシグナル定量化を遺伝子操作システム1.1.1およびアフィメトリックス・ジェノタイピングツールズ2.0ソフトを用いて得た。遺伝子型決定割合が90%を超えるアレイのみをさらに解析した。生データファイルを呼び処理し、dChipSNP(Lin,et al.,Bioinformatics 20:1233-40(2004))において描出した。具体的には、予備処理は、一組の不変プローブを用いたベースラインに対するアレイデータの正規化を含み、続く処理でモデルベースの(PM/MM)方法(Li,et al.,Proc.Nat´lAcad.Sci.USA 98:31-6(2001))を利用して、各試料の各SNPの単一の強度値を得る。
TMPRSS2:ERGおよびTMPRSS2:ETV1融合転写物の定量PCR
QPCRをSYBRグリーン色素(Qiagen社)を用いてMJリサーチ社のDNAエンジンオプティコン2マシンで行った。全RNAを、ランダム6量体の存在下でTAQMAN逆転写試薬(アプライドバイオシステム社)を用いて、cDNAに逆転写した。すべてのQPCR反応をSYBRグリーンマスターミックス(Qiagen社)を用いて行った。すべてのオリゴヌクレオチドプライマーは、インテグレイテッドDNAテクノロジーで設計されたものである。Tomlinらが記載し(Science 310:644-8(2005))、融合に特異的なプライマーを用いた。すなわち、
Figure 0006035634
である。
GAPDHプライマーについては過去に報告されている(Vandesompele,et al.,Genome Biol 3:RESEARCH 0034(2002))。10μmolの順方向および逆方向プライマーを用い、製造業者の推奨する熱サイクル条件に従って手順を実施した。閾値は、QPCR反応の指数期の間にOpticon Monitor解析ソフト、バージョン2.02を用いて設定した。各試料について、ハウスキーピング遺伝子グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素(GAPDH)に対する各標的遺伝子の量を比較閾値サイクル(Ct)法(アプライドバイオシステム社ユーザーブルテン#2)により決定した。すべての反応について融解曲線分析し、選択した実験から得られた生成物を2%アガロースゲル上で電気泳動させて分離した。
統計
臨床的および病理学的変数を再配列状態および欠失の存在との関連について調べた。χ2乗検定およびフィッシャーの正確確率検定を適切に用いた。カプラン‐マイヤー分析を、病態についての前立腺特異的な抗原無再発生存曲線とゲノム変化パラメーターを作製するのに用いた。対数順位検定を、関連性の統計学的有意性を評価するのに用いた。ネオアジュバントホルモンアブレーション療法の前歴のある患者は排除した。すべての統計を、ウィンドウズ用SPSS13.0(SPSS社、米国イリノイ州シカゴ)を用いて有意水準0.05でおこなった。
B.結果
TMPRSS2:ERG遺伝子再配列に伴う21番染色体上の欠失の検出
PCAにおけるTMPRSS2:ERG再配列の頻度の特性決定を行うため、Tomlinsらにより記載されたアッセイ(Science 310:644-8(2005))を改変したFISH分析を用いた。当初のFISH分析は、セントロメア3´およびテロメア5´末端のERG上に位置する2つのプローブを用いた。この新しいアッセイは、5´プローブをテロメア方向に移動した(図14)。PCAスクリーニング組織マイクロアレイ(TMA)を用いて、TMPRSS2:ERG再配列(図11Aおよび11B)を実証するおよそ70%のPCAが、テロメア5´ERGプローブ(図11Cおよび11D)に対応する緑のシグナルの消失も示すことが観察され、この染色体領域が消失したことを示唆している。100KオリゴヌクレオチドSNPアレイを、これらの欠失の範囲を特徴付けるため用いた。細胞株、異種移植およびホルモン未処理およびホルモン抵抗性転移性PCA試料を含む30のPCA試料を調べることで、21番染色体q23上のERGとTMPRSS2との間のゲノム消失が確認された(図12A-C)。
TMPRSS2:ERGおよびTMPRSS2:ETV1に関する再配列状態を、これらの30個のPCAについてのFISHおよび/またはqPCRにより決定した(図12A中の灰色および薄い青色の棒状部)。個別のゲノム喪失が、LuCaP49、LuCaP93、ULM LN13、MET6-9、MET18-2、MET24-28、およびMET28-27について、TMPRSS2とERG座位の間の領域に関わるTMPRSS2:ERG再配列陽性試料中で観測された。これらの個別の欠失の範囲は不均一であった。TMPRSS2とERG座位の間の領域を含む21番染色体上での、より広範囲のゲノム喪失は、LuCaP35、LuCaP86.2、LuCaP92.1、およびMET3-81において観測された。VCaP細胞株および異種移植片LuCaP23.1は、この領域での喪失を実証しなかった。試料のサブセット45%(11試料のうち5試料)については、欠失が、ERGイントロン3の近くで起こっている。試料の大半64%(11試料のうち7試料)では、欠失がTMPRSS2上に位置するSNPの近辺で終結している(テロメア方向で次のSNPが約100K離れている)。VCaP細胞株は、全21番染色体にわたり複製数増加を示した。
TMPRSS2:ERG再配列陽性腫瘍については、71%(7試料のうち5試料)のホルモン治療不応性PCAは、TMPRSS2とERG座位の間の欠失を実証しているの対し、欠失は25%(4試料のうち1試料)のホルモン未処理転移性PCA試料(ULM LN13)でのみ同定された。38.765Mbまたは38.911Mbの欠失の開始点で区別される2つ個別のサブクラスとの欠失境界について、顕著な均一性がある。標準的なPCA細胞株(PC‐3、LNCaP、DU-145、またはCWR22(22Rv1))のいずれもが、TMPRSS2:ERGまたはTMPRSS2:ETV1融合を実証しなかった。いくつかのLuCap異種移植片には、ともにホルモン非感受性(アンドロゲン受容体[AR]陰性)小細胞PCAである、LuCaP49(大網腫瘤から確立)、およびLuCaP93、等の欠失を有するTMPRSS2:ERG融合を実証するものもあった。
ERGの複製数増加は、TMPRSS2:ERG再配列のある場合とない場合の両方で小サブセットで観測された。ホルモン抵抗性PCA由来のVCaP細胞株は、顕著な複製数増加を21番染色体上で実証し(図12A〜C)、この増加はFISHにより確認された。
原発性前立腺癌試料におけるTMPRSS2 :ERG再配列とホルモン未処理リンパ節転移
これらの観察についての頻度および潜在的臨床意義を特徴づけるため、118の臨床的に局在化したPCAの症例をFISHにより調べた。これらの臨床的および病理学的個体群統計を表10に示す。患者のコホートは、高腫瘍悪性度(グリーソン評価)、病態の段階、および予備治療PSAレベルにより実証される疾患再発のリスクが高い。PCAの大きな領域が微視的に調べることのできる、このコホート由来の標準的な組織切片を用いると、TMPRSS2:ERG再配列は、所与の腫瘍について均一に観察された。TMA実験により、これらの観測を確認した。3〜6つのコアが腫瘍の異なる領域から得られたPCAの症例では、100%の一致がTMPRSS2:ERG再配列状態(すなわち、存在または非存在)について観察された。欠失を伴うTMPRSS2:ERG再配列の場合、97.9%(94/96)の症例で欠失が同じ患者由来のすべてのTMAコアで観察された。
(表10)前立腺切除術で治療された臨床的に局在化した前立腺癌を有する男性118名の臨床的および病理学的個体群統計
Figure 0006035634
118症例においてデータ点のないものもあった。
TMPRSS2:ERG再配列を、原発性PCA試料の49.2%およびホルモン未処理転移性LN試料の41.2%で確認した(図13A)。テロメアプローブの欠失(緑シグナル)(図1C〜D)を、原発性PCA試料の60.3%(35/58)およびTMPRSS2:ERG再配列を有するホルモン未処理リンパ節腫瘍の42.9%(3/7)で観測した。
整合した原発性およびホルモン未処理リンパ節腫瘍のあった15症例においては、TMPRSS2:ERG再配列状態は、再配列を示す対のうちの47%(15のうちの7)と100%の一致があった。テロメア(緑シグナル)プローブの欠失は42.9%(7症例のうち3症例)の対で一致してみられた。
TMPRSS2:ERG再配列状態および前立腺癌の進行
再配列状態と臨床的および病理学的変数との関連を観察した(図13)。欠失を有するTMPRSS2:ERG再配列は、進行した腫瘍段階(pT)(p=0.03)(図13B)および局所骨盤リンパ節への転移性疾患の存在(pN対pN1−2)(p=0.02)を有するPCAの症例でより高い割合で観察された。欠失を伴うまたは伴わないTMPRSS2:ERG再配列と、経過観察データのある70名の患者についての前立腺特異的抗原(PSA)生化学的欠陥により決定された臨床成績との関連性も評価した。グリーソン評価、腫瘍段階、核異型度、およびリンパ節状態は、PSA生化学的欠陥値(全てのp値<0.0005)の良好な予測因子である。FISHアッセイにより決定された欠失のないTMPRSS2:ERG再配列PCAの症例におけるPSA無再発延命効果を示唆する傾向が一変量レベルで観察された。
実施例6:致死性前立腺癌に関連するTMPRSS2:ERG遺伝子融合
過去の研究において、ERG(21q22.2)、ETV1(7p21.2)(Tomlins,et al.,Science 310:644-8(2005))、またはETV4(Tomlins,et al.,Cancer Res.66(7):3396-400(2006))のいずれかであるETS転写因子ファミリーメンバーとのTMPRSS2(21q22.3)の5´非翻訳領域の遺伝子融合は、大多数の前立腺癌におけるETS遺伝子の過剰発現に関する機構を与える。さらにまた、アンドロゲン制御遺伝子であるTMPRSS2、および癌遺伝子の融合は、疾患の進行がこれらの分子のサブタイプに基づいて変動しうる可能性を示唆している。遺伝子融合に関して最もよくある機構は、TMPRSS2とERGの間の約2.8メガベースのゲノムDNAの喪失である(図17AおよびB)。この例は、通常のTMPRSS2:ERG遺伝子融合の存在に基づく転移または前立腺癌特異的な死亡のリスクについて説明する。
A.方法
本治験対照母集団は、Andrenらの文献(J.Urol.175(4)1337-40(2006))に記載の症候性良性前立腺肥大に対する経尿道的前立腺切除術(TURP)または経膀胱腺腫核摘出により、1977年から1991年の間にスウェーデンのオレブロ大学病院で診断された初期の前立腺癌(T1a−b、Nx、M0)を有する男性からなる。診断でのベースライン評価として、物理的検査、胸部X線、骨スキャンおよび骨格X線検査(必要に応じて)をおこなった。リンパ節転移段階評価はおこなわなかった。この評価では遠隔転移の証拠が示されなかったので、患者は診断後最初の2年間は6ヶ月ごとそしてその後12ヶ月ごとに治験、臨床検査および骨スキャンを受けることとした。骨スキャンによる決定で転移のあった患者は、症状のあった場合、アンドロゲン欠乏療法で治療した。
このコホートにおける死亡原因を、研究調査員による医療記録を調べて決定した。スウェーデン死亡記録(Swedish Death Register)と比較した死亡原因に関する検証研究は、90%を超える一致を示し、いずれの死亡原因についても系統的な過小または過剰報告がなかった(Johansson,et al.,Lancet l(8642):799-803(1989))。死亡率についてのコホートの追跡調査は100%であり、いずれの患者についても2005年10月まで追跡できた。本研究の終了点は、遠隔転移の進行または前立腺癌所定の死亡として定義した(追跡時間の中央値は9.1年であり、最大27年)。
すべてのTURP試料について、過去に報告されたように(J.Urol.175(4):1337-40(2006))、前立腺癌の診断確認、グリーソンスコアおよび核異型度の決定、および腫瘍量の評価を1人の病理学者により再調査した。組織マイクロアレイを、マニュアル式のアレイヤー(Rubin,et al.,Cancer Epidemiol.Biomarkers Prev.14(6):1424-32(2005))を用いて組み立てた。前立腺癌におけるTMPRSS2:ERG再配列の頻度をTomlinsらによりもともと報告されたアッセイ(Science 310:644-8(2005))から生まれた改変蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)アッセイを利用して評価した。この新しいアッセイは5´プローブをテロメア方向におよそ600kb動かした。少なくとも1つのTMAコアを92の前立腺癌の症例で評価することができた。
B.結果
局在化した癌を診断された男性のこの集団ベースのコホートにおいて、TMPRSS2:ERG融合の頻度は15.2%(14/92)であった(図17AおよびB)。TMPRSS2:ERG融合陽性腫瘍は、より高いグリーソンスコア(両側P=.014)を有する可能性が高い(表11)。融合状態と致死性前立腺癌の関係を評価するために、累積罹患率回帰を用いた。累積罹患率(CIR)が3.6(P=.004、95%信頼区間[CI]=1.5〜8.9)である、TMPRSS2:ERG遺伝子融合の存在と転移または疾患特有の死亡との顕著な関連が観測された(図17C)。グリーソンスコアを調節した場合、CIRは2.4であった(P=.07および95%CI=0.9〜6.1)。本発明は特定の機構に限定されるものではない。実際、機構を理解することは、本発明を実施するのに必要ではない。にもかかわらず、所与の細胞腫瘍の細胞内でのTMPRSS2:ERG遺伝子融合の均一性および侵襲性前立腺癌のみにおけるその存在(前立腺上皮内腫瘍と比べた場合に)に基づいて、このことは、グリーソンパターンの表現型の影にひそむ生物学に一部寄与する初期の現象であると考えられていた。
(表11)TMPRSS2:ERG遺伝子により重層化した局在化前立腺癌に対し指示に従って対処した男性のコホートに関する予後因子
Figure 0006035634
TMPRSS2:ERG融合を有する対象とTMPRSS2:ERG融合を持たない対象の臨床用変数を、連続変数およびカテゴリー変数のそれぞれについてt検定またはχ2乗検定を用いることで比較した。
**グリーソンスコアは、優勢型および従属型グリーソンパターンを加算することで得た。
***1つの症例について、核異型度は評価しなかった。
****2005年の時点で少なくとも12年間生存し、転移進行がなかったあるいは前立腺癌で死亡しなかった個人を長期生存者に分類した。12年未満の期間生存しおよび転移進行しなかった個人を短期生存者に分類した。
実施例7:前立腺癌患者の尿中のTMPRSS2:ETS融合の検出
A.材料および方法
尿採取、RNA単離および増幅
尿試料は、針生検または根治的前立腺切除術の前に、直腸診後患者から採取した。尿は、DNA/RNA保存料を含む尿採集用のカップ(シエラダイアグノスティック社)への排尿により採取した。RNAの単離には、少なくとも30mLの尿を4℃で15分間400rpmで遠心分離した。RNAlater(アンビオン)を尿沈渣に添加し、RNAが単離するまで、−20℃で保存した。全RNAを、Qiagen社のRNイージーマイクロキットを製造業者の使用説明書に従って使用して単離した。全RNAを、オムニプレックス全トランスクリトーム増幅(WTA)キット(ルビコンゲノムス社)を製造業者の使用説明書に従って(Tomlins et al.,Neoplasia 8:153[2006])用いて増幅した。25ngの全RNAをWTAライブラリ合成に用い、cDNAライブラリについてWTAPCR増幅を1回行った。増幅産物をキアクイック(QIAquick)PCR精製キット(Qiagen社)を用いて精製した。概念実験の細胞株証明として、記載数のVCaPまたはLNCaP細胞を1mLの滅菌尿中に添加し、これらの試料を排尿採取尿として処理した。
定量PCR
定量PCR(QPCR)を、基本的に記載(上記既出のTomlins et al.,Neoplasia 8:153[2006]、Tomlins et al.,Science 310:644[2005]、および実施例1)に基づき、WTA増幅cDNA由来のERG、ETV1およびTMPRSS2:ERG転写物を検出するのに用いた。各QPCR反応について、10ngのWTA増幅cDNAを鋳型として用いた。ERG、ETV1、PSA、およびGAPDHの反応には、2倍濃度のパワーSYBRグリーンマスターミックス(アプライドバイオシステム社)、および25ngの順方向および逆方向プライマーを用いた。TMPRSS2:ERGaの反応には、2xタックマンユニバーサルPCRマスターミックスおよび最終濃度900nMの順方向および逆方向プライマー、および250nMのプローブを用いた。タックマンアッセイでは、38サイクルを超えるCt値を有する試料は、増幅を示さないと考えた。すべての試料について、ERGとETV1の量は、GAPDHの量に基準化した。尿中の前立腺細胞の乏しい回復を示すPSAの不適切な増幅の試料は、さらなる解析から排除した。ERG(エクソン5_6順方向)とETV1(エクソン6_7)、GAPDH、およびPSAプライマーは記載のとおりである。TMPRSS2:ERGaに対して特異的なタックマンプライマーおよびプローブ(MGB標識)は、以下のとおりである。すなわち、
Figure 0006035634
である。
蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)
整合する針生検から得た、厚さ4μmのホルマリン固定パラフィン包理(FFPE)切片を間期蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)に用い、既述のように(実施例2およびTomlins et al.,Cancer Res 66:3396[2006])、処理およびハイブリッド形成した。ERG再配列検出用のBACプローブである、RP11-95I21(ERGに対して5´側)およびRP11-476D17(ERGに対して3´側)を既述のように調製した(Tomlins et al.,Cancer Res 66:3396[2006];Tomlins et al.,Science 310:644[2005];上記の例1および2)。
B.結果
本実施例では、直腸診後の尿に排泄された前立腺癌細胞内のTMPRSS2:ETS融合転写物の存在により前立腺癌を検出する非侵襲性方法について記載する。結果を図33に示す。概念の証拠として、高レベルのERGおよびTMPRSS2:ERG(VCaP)または高レベルのETV1(LNCaP)を発現する前立腺癌細胞株を添加した滅菌尿を用いた。図33Aに示すように、1,600細胞でVCaP中に排他的に過剰発現したERGと16,000細胞でLNCaP中に排他的に過剰発現したETV1を定量PCR(QPCR)により検出することができる。
添加したVCaPおよびLNCaP細胞の数をGAPDH C(閾値サイクル)値に相関させることにより、いくつかの症例では、直腸診後に患者から採取した尿は、ERGまたはETV1過剰発現を確実に検出するには不十分な細胞数を含有していたことが観察された。従って、前立腺癌の疑いのある患者の尿から採取した全RNAを、QPCR解析の前にオムニプレックス全トランスクリトーム増幅(OmniPlex Whole Transcriptome Amplification)により増幅した。この手法を利用して、前立腺癌を検出するために直腸診後で針生検前に尿を採取した、16名の患者のコホートを評価した。続いて行った針生検の評価は、このコホートでは、4名の患者が良性前立腺を有し、1名は高悪性度前立腺上皮内腫瘍(HGPIN)を有し、そして11名が前立腺癌を有していたことを実証した。さらにまた、直腸診後で根治的前立腺切除術前に尿を採取した、3名の前立腺患者のコホートを評価した。
コホートの特徴を表12に示す。各尿試料は、固有の患者から得たものであり、認識番号を有する。試料入手源(生検前または根治的前立腺切除術(RP))を示している。針生検後の診断(良性、高悪性度前立腺上皮内腫瘍(HGPIN)、および前立腺癌(PCa)等)を示している。針生検後に前立腺癌と診断された患者については、優勢型グリーソン、従属型グリーソン、およびグリーソン合計スコアを示している。すべての患者について、可能なものについては生検前PSA(ng/mL)および年齢を報告している。
(表12)
Figure 0006035634
前記針生検コホートから、5名の患者がERGの著しい過剰発現を有することが確認され、そのうち1名は針生検でHGPINを有すると診断され、その他の4名は前立腺癌を有すると診断された。前記根治的前立腺切除術コホートからは、前立腺癌を有する3名のうち1名の患者は、高ERG発現を有することが確認された(図33B)。ETV1過剰発現は、いずれのコホートの患者からも検出されなかった。ERGを過剰発現した試料中のTMPRSS2:ERGの発現を確認するため、TMPRSS2:ERGaを特異的に増幅するように設計されたタックマンプライマー/プローブアッセイを利用した。このアッセイは、TMPRSS2:ERGaを発現するVCaP細胞からの産物を強力に増幅する(Tomlins et al.,Science 310:644[2005])。さらにまた、ERGを過剰発現した前立腺癌を有する患者由来の尿試料の6つのうち5つがTMPRSS2:ERGa(Ct値:29.8-38.9)も発現したのに対し、ERG過剰発現なしの患者の10試料のうち、TMPRSS2:ERGaを発現したものは無かった。1つの試料はTMPRSS2:ERGaの発現なくERGを過剰発現したので、この試料は、TMPRSS2:ERGbまたはより最近同定された融合転写物(Soller et al.,Genes Chromosomes Cancer 45:717[2006];Yoshimoto et al.,Neoplasia 8:465:2006)等の融合転写物のその他のアイソフォームを発現しているようである。TMPRSS2:ERG融合転写物の存在がTMPRSS2:ERG陽性癌性組織の存在を示すことを確認するため、蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)を、代表的な症例より得た整合した組織切片上でERG配列を検出するように設計されたプローブを用いて実施した。整合した組織は、検出可能なTMPRSS2:ERG転写物を尿中に有し癌と診断された3名の患者から得たものであり、1名は検出可能なTMPRSS2:ERG転写物を尿中に含有し、高悪性度のPINと診断され、そして2名の患者は検出可能なTMPRSS2:ERG転写物を持たず癌と診断されている。図33Bに示すように、癌と診断されたが検出可能なTMPRSS2:ERG転写物を自身の尿に含有しない患者の両名は、FISHでは癌性組織中のERG再配列を有さなかった。癌と診断されかつ検出可能なTMPRSS2:ERG転写物を自身の尿中に含有する3名の患者はすべて、癌性組織中のERG再配列もFISHにより示した。最後に、高悪性度PINと診断され、検出可能なTMPRSS2:ERGを自身の尿に有する患者は、高悪性度PIN組織中にERG再配列を示さなかった。このことは、この患者が前立腺のどこかに未診断の癌を有しているかもしれず、このためこれらの尿中に検出可能なTMPRSS2:ERG転写物が存在することになったことを示している。
実施例8:前立腺癌におけるTMPRSS2とETSファミリー遺伝子の融合
本検討では、臨床的に局在化した前立腺癌を手術により治療したアメリカ人男性111名からなるスクリーニングベースのコホートにおける、TMPRSS2とETSファミリー遺伝子の再配列の頻度に関する包括的な解析について述べる。
A.材料および方法
治験対象母集団、臨床的データ、および前立腺試料の収集
臨床的に局在化した前立腺癌の源として、癌を示す組織マイクロアレイ(TMA)含有コアおよび良性組織を、米国ミシガン大学で初期単独治療(すなわち、アジュバントまたはネオアジュバントの無いホルモンまたは放射線療法)として根治的前立腺切除術を受けた111名の男性から構築した。根治的前立腺切除術系列は、米国ミシガン大学前立腺癌専門優良研究プログラム(SPORE)組織コアの一部である。TMAを構築するため、3つのコア(直径0.6mmの)を各代表組織ブロックから取り出した。TMA構築プロトコルについては、文献(Kononen et al.,Nat.Med.4:844[1998];Rubin et al.,Am.J.Surg.Pathol.26:312[2002])に記載されている。詳細な臨床的、病理学的、およびTMAデータは、既述の確実な関連データベースに保存されている(Manley et al.,Am J.Pathol.159:837[2001])。
間期蛍光インサイツハイブリッド形成アッセイを利用したTMPRSS2-ETS遺伝子融合の評価
厚さ4μmの組織マイクロアレイ切片を、間期蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)に用い、既述のように処理およびハイブリッド形成した(Tomlins et al.,Science 310:644[2005];Tomlins et al.,Cancer Res 66:3396[2006])。スライドをAxioplanイメージングZ1顕微鏡(Carl Zeiss)を用いて観察し、Metaferイメージ解析システム(メタシステム社、独国Altlussheim)でISISソフトウェアシステムを利用し、CCDカメラで撮像した。形態学的に無傷のおよび非オーバーラップ核の状態で、FISHシグナルを病理学者により手作業で評価し(100x油浸)、1つ症例からの3つのコアにある少なくとも30細胞または最大数の癌細胞を記録した。30個の評価可能な細胞のない症例は、不十分なハイブリッド形成として報告した。すべてのBACは、BACPACリサーチセンター(米国カリフォルニア州オークランド)から入手し、プローブ位置は、正常な末梢リンパ球の分裂中期スプレッドとのハイブリッド形成により検証した。TMPRSS2、ERG、およびETV4再配列の検出については、以下のプローブを用いた。すなわち、RP11-35C4(TMPRSS2に対して5´側)、およびRP11-120C17(TMPRSS2に対して3´側)、RP11-95I21(ERGに対して5´側)、およびRP11-476D17(ERGに対して3´側)、およびRP11-100E5(ETV4に対して5´側)、およびRP11-436J4(ETV4に対して3´側)。TMPSS2-ETV1融合の検出については、RP11-35C4(TMPRSS2に対して5´側)をRP11-124L22(ETV1に対して3´側)と共に用いた。BAC DNAをQIAフィルターマキシプレップキット(Qiagen社、米国カリフォルニア州ヴァレンシア)を用いて単離し、プローブをジゴキシゲニン-またはビオチンニックトランスレーションミックス(Roche Applied Science社、米国インディアナ州インディアナポリス)を用いて合成した。ジゴキシゲニンおよびビオチン標識されたプローブを、フルオレセイン結合ジゴキシゲニン抗体(Roche Applied Science社)、およびAlexa594結合ストレプトアビジン(インビトロジェン社、米国カリフォルニア州Carlsbad)をそれぞれ用いて検出した。
分断(TMPRSS2、ERG、ETV4)または融合(TMPRSS2-ETV1)プローブ手法を染色体レベルでの再配列を検出するために用いた。DAPI染色核におけるTMPRSS2、ERG、およびETV4についての正常なシグナルを、2対の共存した緑および赤のシグナルにより示した。これらのプローブについて、再配列を、この2つの共存したシグナルの1つを分離することで確認した。TMPRSS2-ETV1融合については、2対の赤と緑の分離シグナルを正常値として記録し、1対の分離シグナルと1対の共存したシグナルを再配列として記録した。
B.結果と考察
本例では、臨床的に局在化した前立腺癌を外科的に処置したアメリカ人男性の大きなスクリーニングベースのコホートにおけるTMPRSS2とETS転写因子遺伝子再配列のシグネチャーの概要を描く包括的な解析について説明する。TMPRSS2スプリットプローブFISH分析アプローチを、図34に示すように、既知のETSファミリーパートナーであるERG、ETV1、ETV4とその他の未知のパートナーを有する前立腺癌における遺伝子再配列の全体的な頻度を検出するのに用いた。3つの既知のETSパートナー(ERG、ETV1、およびETV4)に対して陰性である前立腺癌は、その他のETSファミリーメンバーに関わる再配列を有している可能性があると仮定した。これらの結果は、臨床的に局在化した前立腺癌におけるTMPRSSとETSファミリー遺伝子再配列が、複合分子シグネチャーを示した(図35AおよびB)。全体的なTMPRSS2が評価可能な症例の65%で再配列したのに対し、ERG、ETV1およびETV4が評価可能な症例の55%、2%および2%で再配列した(図35A)。TMPRSS2再配列を有する症例の40.5%において、3´プローブの損失が観測され、これは遺伝子融合の機構としてのTMPRSS2とERGとの間の染色体欠失と一致している。これらの結果は、前立腺癌における高頻度のTMPRSS2:ETS融合を確認し、TMPRSS2:ERGが極めて共通の型であることを示す過去の研究を立証している(Tomlins et al.,Science 310:644;Perner et al.,Cancer Res 66:3396[2006];Yoshimoto et al.,Neoplasia 8:4665[2006];Soller et al.,Genes Chromosomes Cancer 45:717[2006];Wang et al.,Cancer Res 66:8347[2006]および上述の例)。
同様の結果は、すべての4つのプローブが評価可能であったこれらの症例のみに(図35AおよびB)コホートが限られる場合に、観測された。いずれの症例も複数のETSファミリーメンバーの再配列を示さなかったので、本解析でTMPRSS2:ETS再配列が相互排他的であることが確認された。ERG、ETV1またはETV4再配列を有する24症例のうち23症例がTMPRSS2アッセイにより検出されたので、本解析が単一のTMPRSS2アッセイがほぼすべてのETS再配列を効果的に検出できることも実証した。5´ERGプローブが消失したすべての9つの症例において、3´TMPRSS2プローブの欠失が同定された。
さらにまた、TMPRSS2プローブの分断により2つの事例が同定され、これは、ERG、ETV1またはETV4の再配列を伴わない再配列(症例32および36)、ならびにTMPRSS2再配列を有するがERG再配列を有さず、ETV1および/またはETV4が評価できなかった事例を示した。これらの事例は、前立腺において、TMPRSS2が、新規ETSファミリーメンバーまたは関係のない癌遺伝子と対を作ることを示している。これらのことから、これらの結果は、単一のTMPRSS2アッセイが前立腺癌における診断および予後の情報を与えることができることを示唆している。
実施例9:PSA遺伝子融合
FISH実験を、PSAに対し5´および3´に位置するプローブについて分断シグナルを示す事例をFISHにより同定するために用いた。PSAスプリットを検出するのに用いた5´および3´ BACはそれぞれRP11-510I16およびRP11-26P14である。PSA遺伝子融合についてのパートナーはいまだ同定されていない。これらの同じプローブは、PSAのごく近傍に位置しているため、ETSファミリーメンバーSPIB内のスプリットもとらえる。
実施例10:FLI1過剰発現
FLI1発現を、FLI1遺伝子融合を有していない異なる細胞試料で評価した。FLI1の5´および3´エクソン発現を高FLI1発現を有する症例から測定した。結果を図18に示す。5´および3´転写物の存在量に差異は検出されなかった。RACEでも融合転写物を示さなかった。FLI1は、対照試料と比較して前立腺癌において過剰発現された。Fli1増幅のためのプライマーを、タックマンプローブとともに図37に示す。
FISHを、再配列を示すFLI1についての分断シグナルを有する試料を同定するのに用いたが、これらの症例は、FISHによるTMPRSS2:FLI1融合を有していない。BACプローブを表13に示す。これらの症例は、高FLI1発現も有する。
実施例11:組織マイクロアレイ
組織マイクロアレイを遺伝子融合の存在についての分析に使用した。用いたTMAは、前立腺癌進行アレイ,前立腺癌予後評価アレイ、温式生検アレイ,前立腺癌スクリーニングアレイ、Erg陰性前立腺癌アレイ、および個々の前立腺癌の症例である。以下の遺伝子プローブを組織マイクロアレイ上で使用した。すなわち、TMPRSS2-ETV1融合プローブ、Ergスプリットプローブ、TMPRSS2スプリットプローブ、ETV1スプリットプローブ、ETV4スプリットプローブ、およびFL1スプリットプローブを使用した。
さらにまた、Ergスプリットプローブを予後評価アレイ上に用いた。これらの結果は以下のとおりである。すなわち、陰性の症例:30、陽性の症例:29、境界の症例:1。Erg陽性の症例の比較的高いグリーソンスコア(≧7)との関連は低かった。
タンパク質アレイおよび質量分析をERG2についての核相互作用因子を同定するのに使用した。これらの結果を図21に示す。
実施例12:Erg発現のアンドロゲン制御
本実施例では、ERG発現のアンドロゲン制御について述べる。LNCap(TMPRSS2-ERG-)、およびVCaP(TMPRSS2-ERG+)細胞株を用いた。これらの細胞を異なる量のR1881と48時間接触させた。Erg、PSA(陽性対照)、およびβ-チューブリン(陰性対照)の発現を評価した。これらの結果を図19に示す。ERG発現は、VCaPにおいてはアンドロゲン依存であるが、LNCap細胞ではアンドロゲン依存ではないことがわかった。
実施例13:ペプチド抗体およびアクアプローブの作製
図22〜25は、ペプチド抗体作製およびアクアプローブの作製における使用のためのERG1、ETV1、FLI-1、およびETV4の配列(下線部)を示す。プライマーは、すべてのETSファミリーメンバー用にアプライドバイオシステム社により設計されたものである。発現を前立腺癌の症例においてモニターし、高発現は、可能な遺伝子融合の指標およびFISHのための指標である。
実施例14:LnCaP細胞におけるETV1
本実施例では、VCaPおよびLNCaPにおけるアンドロゲンに対する転写応答の解析について述べる。PSA等の両細胞株で異なって発現された転写物の数を検出することに加え、VCaPまたはLNCaP細胞において独自に調節不全な転写物の数も同定した。本解析は、ETV1がLNCaP細胞内でアンドロゲンに対し排他的に応答性を示すことを立証した。LNCaP細胞におけるETV1の過剰発現と合わせて、FISHをLNCaP細胞におけるETV1座位を調べるのに用いた。
A.材料および方法
細胞株
前立腺癌細胞株LNCaP(リンパ節前立腺癌転移由来)、およびVCaP(Korenchuk,S.et al.,In vivo 15,163-8(2001))(椎骨前立腺癌転移由来)を本検討に用いた。マイクロアレイ研究については、VCaPおよびLNCaP細胞を、0.1%エタノール、またはエタノールに溶解した1nMの合成アンドロゲンメチルトリエノロン(R1881、NENライフサイエンスプロダクツ社、米国マサチューセッツ州ボストン)を用いた48時間の処理の前に、活性炭処理済血清含有培地中で24時間増殖させた。定量PCR(QPCR)研究に関しては、細胞の増殖を、活性炭処理済血清含有培地中で24時間、0.1%エタノール、アセトンに溶解したカソデックス(10μM、ビカルタミド、AstraZeneca Pharmaceuticals社、米国デラウェア州ウィルミングトン)またはエタノールに溶解したフルタミド(10μM、シグマ社、米国ミズーリ州セントルイス)と共に予備インキュベートして行った。2時間後、0.1%エタノールまたは0.5nMのR1881を添加し、細胞を48時間後に回収した。全RNAを、すべての試料からトリゾール(Trizol)(インビトロジェン社、米国カリフォルニア州カールスバッド)製造業者の使用説明書に従って用いて単離した。RNA完全性を、変性ホルムアルデヒドゲル電気泳動またはアジレント社のバイオアナライザー2100(アジレントテクノロジーズ社、米国カリフォルニア州パロアルト)により確認した。
マイクロアレイ解析
本検討で用いたcDNAマイクロアレイは、アレイが32,448の特徴(feature)を含むこと意外は、基本的に既述のように構築した。アレイのプリントおよび後処理のためのプロトコルは、インターネット上で入手できる。cDNAマイクロアレイ解析を基本的に既述のようにおこなった。要約すると、対照およびR1881で処理したVCaPおよびLNCaP細胞株由来の全RNAを逆転写し、cy5蛍光色素で標識した。対照VCaPまたはLNCaP試料から得たプールした全RNAを逆転写し、それぞれの細胞株由来のすべてのハイブリッド形成に対してcy3蛍光色素で標識した。その後、標識産物を混合し、cDNAアレイとハイブリッド形成した。イメージを、GenePixソフトウェアパッケージ(アクソンインスツルメンツ社、米国カリフォルニア州ユニオンシティ)を用い、フラグ付けおよび正規化した。データをアレイ単位で中央値を中心にし、試料の少なくとも80%に存在する発現値を有した遺伝子のみを本解析に用いた。
定量PCR(QPCR)
QPCRを、文献(Tomlins et al.,Cancer Res 66、3396-400(2006);Tomlins et al.,Science 310、644-8(2005))に記載のように、アプライドバイオシステム社 7300リアルタイムPCRシステム(アプライドバイオシステム社、米国カリフォルニア州フォスターシティ)でSYBRグリーンの色素を用いておこなった。各試料のハウスキーピング遺伝子グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素(GAPDH)に対する各標的遺伝子の量を報告した。各細胞株および/または実験における標的遺伝子の相対量は、対照に対し較正した。すべてのオリゴヌクレオチドプライマーは、インテグレイテッドDNAテクノロジーズ社(米国アイオワ州コーラルビル)により合成されたものである。GAPDH(Vandesompele et al.,Genome Biol 3,RESEARCH0034(2002))、PSA(Specht et al.,Am J Pathol 158、419-29(2001))、ERG(エクソン5-6_fおよびエクソン5-6_r)およびETV1(エクソン6-7_fおよびエクソン6-7_r)、プライマー(Tomlins et al.,Science 310、644-8(2005))は、記載のとおりである。
蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)
分裂中期スプレッドを、標準的な手法により、正常な末梢リンパ球(NPLs)およびLNCaP細胞から調製した。スライドを、2倍濃度のSSCで2分間、70%エタノールで2分間、そしてプローブの添加前に100%エタノールで2分間処理した。スライドを、カバースリップでカバーし、75℃で2分間インキュベートし、そして一晩37℃でハイブリッド形成した。ハイブリッド形成後の洗浄を2倍濃度のSSCで42℃にて5分間行い、その後PBST中で3回洗浄した。蛍光検出を、フルオレセインに結合した抗ジゴキシゲニン(Roche Applied Science社、米国インディアナ州インディアナポリス)およびAlexaFluor594に結合したストレプトアビジン(インビトロジェン社、米国カリフォルニア州カールスバド)を用いて実施した。スライドを対比染色し、DAPI含有ProLong Gold退色防止試薬(インビトロジェン社)中においた。スライドをツァイスAxio ImagerZ1蛍光顕微鏡(ツァイス社、米国ニューヨーク州ソーンウッド)を用いて観察し、ISISソフトウェア(Metasystems社、独国Altlussheim)を用いてCCDカメラで撮像した。
いずれのBACもBACPACリサーチセンター(米国カリフォルニア州オークランド)より入手したものであり、プローブ位置を正常な末梢リンパ球の分裂中期スプレッドとのハイブリッド形成により確認した。7番染色体p上のETV1領域とのハイブリッド形成のために、4つのBAC(テロメアからセントロメア)、すなわちRP11-124L22、RP11-313C20、RP11-703A4、およびRP11-1149J13を用いた。14番染色体qに対する局在化については、FISHによりBAC RP11-483K13をマッピングし、またこれが14qとハイブリッド形成することも、本発明者らはNPLを用いて確認した。BAC DNAをQIAフィルターマキシプレップキット(Qiagen社、米国カリフォルニア州ヴァレンシア)を用いて単離し、プローブをジゴキシゲニン-またはビオチンニックトランスレーションミックス(Roche Applied Science社)を用いて合成した。
B.結果
結果を図26〜28に示す。図26は、LNCaP前立腺癌細胞株におけるETV1の過剰発現およびアンドロゲン制御を示す。図26Aは、VCaPおよびLNCaP前立腺癌細胞株におけるアンドロゲン調節遺伝子の発現シグネチャーを示す。遺伝子のヒートマップは、媒体のみでの治療(灰色)と比較した、1nMの合成アンドロゲンR1881(緑)によるいずれかの細胞株(特徴数3,499、p<0.05および変化倍率>=1.5)における誘発または抑制を示す。各列は遺伝子、各列は試料を示す。黄色および青色の細胞は、カラースケールに従い、過剰または過小発現をそれぞれ示す。灰色の細胞は、欠測データを示す。各細胞株についての値は、対応する対照試料を中心に示している。ヒートマップ中でPSA、ERG、およびETV1の位置を示し、これらの発現を挿入図中に示している。図26Bは、定量PCR(QPCR)による、VCaPおよびLNCaP細胞の両細胞におけるアンドロゲンによるPSA誘発を示す。LNCaP(赤色)、およびVCaP(青色)細胞株におけるPSA(GAPDHに対し正規化)の相対発現をQPCRにより決定した。細胞を、媒体または1nMのR1881で48時間、抗アンドロゲンカソデックスまたはフルタミドの存在または非存在下で記載どおりに処理した。各試料におけるPSAの相対量を、各細胞株に対する対照試料中の量に対して較正した。図26Cは、LNCaP細胞におけるアンドロゲンによるETV1誘発を示す。Bと同じ試料を用いて、ETV1の相対量をQPCRにより決定した。図26Dは、ETV1がLNCaP細胞中で顕著に過剰発現されていることを示す。PSA、ETV1およびERGの相対発現を、QPCRにより各細胞株由来の48時間対照試料で決定した。各試料における標的遺伝子の相対量を、両細胞株由来のPSAの平均量に対して較正した。LNCaPとVCaPでのERGとETV1発現における差の倍率を示す。
図27は、LNCaP細胞におけるETV1の再配列を示す。図27Aは、蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)でプローブとして使用したBACの模式図である。7p21および14q32での位置と座標(ETV1座位および周囲BACを含む)を、UCSCゲノムブラウザーを用いて2004年5月凍結のヒトゲノムで決定した。本研究で用いたBACを番号のついた長方形で示す。ETV1およびDGKBの位置を転写の方向を示す矢印で示す。図27Bは、正常な末梢リンパ球(NPL)における7番染色体へのRP11-124L22およびRP11-1149J13同時局在化を示す。分裂中期スプレッド(図中上)または間期細胞(図中下)上でのRP11-124L22(BAC#1)およびRP11-1149J13(BAC#4)の局在化をNPL中でFISHにより決定した。すべての分裂中期の写真について、7番染色体上のシグナルを矢印で示し、14番染色体上のシグナルを対応するプローブの色の矢印で示す。分裂中期スプレッドの情報領域のより高い倍率での拡大図を囲み部分に示す。図27Cは、分裂中期スプレッド(図中上)上および間期細胞(図中下)でのBAC#1およびBAC#4の局在化が、ほぼ4倍体のLNCaP細胞株で決定されたことを示している。7番染色体上の2つの同時に局在化したシグナル、7番染色体上の2つの赤色シグナル、および異なる染色体上の2つの緑色シグナルが観察された。図27Dは、LNCaP細胞における、14番染色体に局在化したRP11-124L22由来のシグナルを示す。同図Cに示すように、RP11-124L22(BAC#1)以外は、LNCaP分裂中期スプレッド上でRP11-483K13(BAC#5、14番染色体qにFISHマッピング)と同時にハイブリッド形成した。RP11-483K13由来の4つの赤色シグナルは14番染色体qに局在し、2つの緑のシグナルは7番染色体pに局在し、2つの緑のシグナルは14番染色体qに局在している。
図28は、ETV1座位全体がLNCaP細胞内の14番染色体に挿入されていることを示す。図28Aは、この実験で用いたBACの模式図である。図28Bは、分裂中期スプレッド(図中上)におけるRP11-124L22(BAC#1)および間期細胞(図中下)におけるRP11-313C20(BAC#2)の局在化が、LNCaP細胞においてFISHにより決定されたことを示している。分裂中期スプレッドでは、2対の同時局在化したシグナルは7番染色体(黄色矢印)および14番染色体(黄色矢印)で観察された。
これらの結果は、ETV1座位全体が7番染色体から14番染色体に転座していることを実証している。14番染色体上の挿入断片上流のゲノム配列が未知であっても、この領域は、LNCaP細胞でのみ観察される高レベルのETV1とアンドロゲン応答性を誘発するAREをおそらく有すると思われる。これらの結果は、LNCaP細胞に、ヒト前立腺癌にみられるETS遺伝子融合のインビトロモデルとしての用途があることを示唆している。
実施例15:PCAにおけるETSファミリーメンバーのノックダウン
本実施例では、前立腺癌におけるETSファミリーメンバーのノックダウンについて述べる。siRNAをLNCaPおよびVCAPにおけるETV1およびERGの発現をノックダウンするのに用いた。定量PCRをこのノックダウンの確認に用いた。結果を図29および30に示す。このノックダウンは増殖に影響を与えなかった。shRNAを発現するレンチウイルスを安定なノックダウンのために作製した。
ERG発現がVCaP細胞(TMPRSS2:ERG融合を有する)においてノックダウンされる場合にどの遺伝子が異なって発現するかを決定するために、マイクロアレイをアジレント社の44K全ゲノムアレイ上で実施した。この実験について、3つの条件を用いた。すなわち、ERG(ERGsi)に対してDharmacon社のsiRNAを用いたノックダウン、ルシフェラーゼ(対照)およびトランスフェクトされなかった(非形質移入)VCaP細胞のノックダウン。ERG/非形質移入の3つのハイブリッド形成および2つの対照/非形質移入を実施した。これらの遺伝子は、5つすべての実験に存在するとしており、標準偏差(両条件についての平均)は0.5未満であり、ERGと対照との差の倍率は<0.75または>1.5を示した。ERGdifフィールドは、ERGと対照ノックダウン実験との差の倍率を示すので、1未満は遺伝子がERGノックダウンにおいて過小発現されていることを意味する(本解析においてERG自身は81番目に位置する)。
実施例16:遺伝子導入マウス
本発明の遺伝子融合を過剰発現する遺伝子導入マウスのほかに、ETSとアンドロゲン応答性遺伝子も作製した。図31は、マウス作製に用いるためのウイルス過剰発現システムである。図32は、遺伝子導入マウスにおけるゲノム挿入断片の模式図である。このようなマウスは、研究(例えば、機構研究)および薬物スクリーニング応用における用途がある。
実施例17:TMPRSS2:ERGaの同定
上述のように(実施例1)、TMPRSS2のERGへの融合を観察した。TMPRSS2:ERGa遺伝子融合からの発現タンパク質を決定するため、3xFlagタグを停止コドンのすぐ上流に挿入して、VCaP前立腺癌細胞株から、エクソン4の始まりにある融合区切り点からエクソン11内の推定の停止コドンまでのERG(NM_004449)の部分を増幅するのに、PCRを用いた。この産物をpCR8/GW/TOPOTA(インビトロジェン社)にTAクローン化し、双方向で配列決定した。配列決定は、本願明細書においてERG1(ERGアイソフォーム1由来のエクソン6を含む
Figure 0006035634
)およびERG2(該エクソンを含まない)と名付けている2つの異なるアイソフォームの存在を明らかにした。この産物をpLenti6/V5-DESTデスティネーションベクターにGatewayクローン化した。このプラスミドを、ERGタンパク質産生のため、直接的にPHINX細胞にトランスフェクトした。
A.方法
トランスフェクトアッセイ:
Phinx細胞に、FuGeneトランスフェクション試薬(Roche社)を製造業者の使用説明書に従って用いて、ERG2または空ベクターをトランスフェクトした。直径150mmのプレート計10個を各コンストラクトに用いた。トランスフェクション後48時間の時点でこれらの細胞を収集し、以下に述べる免疫沈降アッセイに用いた。
タンパク質溶解および免疫沈降:
細胞を氷冷したPBS含有プロテアーゼ阻害剤により洗浄し、1%NP40含有TBS中で均質化して溶解した。タンパク質を含有するこの上澄みについて、Bradfordタンパク質アッセイ(バイオラッドラボラトリーズ社、米国カリフォルニア州ハーキュリーズ)を製造業者の使用説明書に従って用いて、タンパク質含有量を評価した。すべての試料からの等量のタンパク質(緩衝液15mL中に約30mg)を免疫沈降研究に用いた。EZVIEWレッド抗FLAG M2親和性ゲル(シグマ社、米国ミズーリ州セントルイス)の50%スラリー約200μLを各試料に加え、4℃で一晩インキュベートした。この免疫沈降物をTBS含有0.1%NP40およびTBSのみで、3回ずつ洗浄した。結合したタンパク質を、FLAGペプチド(シグマ社、米国ミズーリ州セントルイス)を製造業者の使用説明に従って用い、溶出した。この溶出を3回行った。溶出物中のタンパク質を50%TCA(シグマ社、米国ミズーリ州セントルイス)を用いて沈殿させた。沈降物を氷冷したアセトンで3回洗浄し、ラエミリ緩衝液に再懸濁し、4〜20%のBIS−TRISゲル(インビトロジェン社、米国カリフォルニア州カールスバッド)上で電気泳動させた。これらのゲルを質量分析用の銀染色(シルバーケスト、インビトロジェン社、カールスバッド、米国カリフォルニア州)で染色した。ERG2に対応するバンドおよびベクターレーン中で対応する領域を各1cmの6片に切り取った。ゲル片の各一片は、ゲル上の高分子量領域から始まり移動していくバンド1〜6で標示した。それゆえバンド1は高分子量タンパク質を含む領域に対応するのに対し、バンド6は低分子量領域に対応する。ERG2の未変性分子量(約55KDa)に基づくと、バンド4および5を移動することになる。ERG2配列同定を3回繰り返し、すべての実験からデータをまとめた。
タンパク質同定
ゲルバンドを採取し、製造業者の使用説明書に従い銀染色キット(インビトロジェン社、米国カリフォルニア州カールスバッド)に含まれる脱染溶液を用いて脱染した。ゲル中で、消化をpH9の1Mの重炭酸アンモニウム中で、ブタ由来トリプシン(1:50、Promega社、米国ワイオミング州マジソン)を用いて行った。この消化は、37℃で16時間行った。24時間後、トリプシン活性を3%ギ酸により停止した。これらのペプチドを50%アセトニトリルを用いて抽出した。これらのペプチドを乾燥して0.1%ギ酸含有の2%アセトニトリルに懸濁し、パラダイムHPLCポンプ(Michrome BioResources社)に取り付けた0.075mm x 150mmのC18カラムを用いて、逆相クロマトグラフィにより分離した。ペプチドを、溶媒Aを0.1%ギ酸/2%アセトニトリルとし、B(0.1%ギ酸/95%アセトニトリル)を45分5〜95%の濃度勾配で用いて溶出した。フィニガン(Finnigan)LTQ質量分析計(サーモエレクトロン社)をスペクトルを得るのに用い、装置をデータ依存モードでダイナミック・エクスクルージョン(dynamic exclusion)を可動状態にして操作した。フルMSスキャンにおける3つの最大量ペプチドイオンでのMS/MSスペクトルを得た。これらのスペクトルを、混成の、非同一のNCBIヒト標準配列データベースに対してMASCOT検索ツールを用いて検索した。これらのデータベースの検索結果は、ペプチド帰属精度について、PeptideProphetプログラムを用いて確認した。これは混合モデルであり、検索結果スコアやトリプシン末端数等の様々なペプチドの特徴に基づいた正確なペプチド同定の確率を決める期待値最大化推定である。第2のプログラムであるProteinProphetを、ペプチドをタンパク質によりグループ化し、これらの確率を組み合わせて正しいタンパク質帰属の確率を決めるために用いた。識別能は、これらのNSP値により、またはペプチドグループ化情報および起こりうるマルチヒットのタンパク質の状態を意味する同胞ペプチド数により、個々のペプチドの確率の2次的な再評価で増加する。
結果:
(表14)カバレージマップ(ERG2)
注:EBANDは、ERG1実験におけるERG2ペプチドを意味する。
Figure 0006035634
Figure 0006035634
Figure 0006035634
本表は、3つ異なる実験にわたって得たERG2についてのカバレージマップを示す。下線部アミノ酸配列は、VCAP細胞からクローン化されたERG1のシリコ翻訳配列に対応する。アミノ酸配列
Figure 0006035634
は、ERG1に特異的でERG2では欠損しているエクソンに対応している。残りのアミノ酸配列は、3つの実験の各々で同定されたERG2配列に対応している。ERG2をすべての実験におけるバンド1〜5で同定した。これらのバンドの各々で得たERG2についてのペプチド配列を示す。非常に高いカバレージのERG2タンパク質が、3つの実験にわたり観測された。このカバレージマップは、第1の50アミノ酸残基に対応する、クローン化タンパク質のN末端領域におけるペプチドのカバレージが、質量分析カバレージマップにおいてほどんど観測されないことを示した。しかしながら、アミノ酸バリンで始まるペプチドVPQQDWLSQP(配列番号:197)は極めて大量に見られ、それ故すべての実験において同定された。より詳しい評価は、47番目の位置にあるアミノ酸がメチオニンのフレームにあることを示唆した。複数の実験における47番目のメチオニンの上流(N終端)にあるどのようなペプチドの欠如も、それがERG2のN末端アミノ酸であることを確認している。さらにまた、50番目の位置にあるアルギニン残基の存在により、潜在的なトリプシン切断部位とした。この部位でのトリプシンによる消化は、イオン捕捉質量分析計による同定には小さすぎるより短鎖のN末端ペプチドMSPRや、すべての実験で同定された長鎖C末端ペプチドVPQQDWLSQP(配列番号:198)を生じることになる。さらに、ペプチド配列MIQTVPDPAAHI(配列番号:199)も単一の実験において非常に低い確率スコアで同定された。これは、NCBIにおいて報告されているように、ERGのN末端にマッピングされる。この配列は、VCAP細胞からクローン化された、異所的に過剰発現されたコンストラクトの一部ではなかった。これは、PHINX細胞において発現されたインビボのERGより入手できたかもしれず、したがって良性細胞に関連するERGの一部を示しているのかもしれない。
従って要約すると、この結果は、3番目のメチオニンがTMPRSS2-ERG融合産物の翻訳開始部位であることを示している。
Figure 0006035634
。第1のメチオニンは、内在性ERGの翻訳開始部位である。MIQTVPDPAAHI(配列番号:201)。図20は、内在性および融合ポリペプチドの模式図を示す。
実施例18:尿試料でのFISH解析
尿から前立腺細胞を分離および調製するため、約30mLの尿を直腸診後に採取する。この後直ちに、15mLのPreservCytを加え、試料を50mLの遠心管中で10分間室温で4000rpmにて遠心分離する。上澄みを廃棄し、沈渣を15mLの0.75MのKCl中に15分間室温で再懸濁し、50mLの遠心管中で10分間室温で4000rpmにて遠心分離する。上澄みを廃棄し、沈渣を10mLの3:1比メタノール:氷酢酸中に再懸濁する。この後、4000rpmで8分間遠心する。上澄みを200μLを除き廃棄し、ペレットを再懸濁する。続いてこの再懸濁したペレットをガラススライドに滴下し、風乾する。ハイブリッド形成およびプローブ調製を上記の実施例2のように、ERG5´/3´およびTMPRSS5´/3´プローブ対で行う。
実施例19:さらなるETV1遺伝子融合
A.材料および方法
試料および細胞株
前立腺組織は、共に米国ミシガン大学前立腺癌専門優良研究プログラム(SPORE)組織コアの一部である、米国ミシガン大学の根治的前立腺切除術系列および迅速剖検プログラム1から得たものである。すべての試料を、患者らのインフォームドコンセントおよび事前の研究所審査委員の承認を得て採取した。
良性不死化前立腺細胞株RWPEおよび前立腺癌細胞株LNCaP、Dul45NCI−H660およびPC3は、ATCCから入手したものである。原発性良性前立腺上皮細胞(PrEC)は、カムブレックス・バイオサイエンス社(米国メリーランド州Walkersville)より入手した。前立腺癌細胞株C4-2B、LAPC4およびMDA-PCa2Bは、Evan Keller(米国ミシガン大学)により提供された。前立腺癌細胞株22-RV1は、Jill McKoska(米国ミシガン大学)により提供された。VCaPは、ホルモン-抵抗性転移性前立腺癌を有する患者由来の椎骨転移から誘導した(Korenchuk et al.,In Vivo 15、163-8(2001))。
アンドロゲン刺激実験のため、LNCaP細胞を、1%エタノール、またはエタノールに溶解した1nMのメチルトリエノロン(Rl881、NENライフサイエンスプロダクツ社、米国マサチューセッツ州Boston)を用いた24時間の処置の前に、活性炭処理済血清含有培地中で24時間増殖させた。すべての試料について、トリゾール(インビトロジェン社、米国カリフォルニア州Carlsbad)を製造業者の使用説明書に従って用い、全RNAを単離した。
定量PCR(QPCR)
定量PCR(QPCR)を、パワーSYBRグリーンのマスターミックス(アプライドバイオシステム社、米国カリフォルニア州Foster City)をアプライドバイオシステム社の7300リアルタイムPCRシステム上で、文献(Tomlins et al., Cancer Res 66, 3396−400 (2006); Tomlins et al., Recurrent fusion of TMPRSS2 and ETS transcription factor genes in prostate cancer. Science 310, 644−8 (2005))に記載のように用いて行った。すべてのオリゴヌクレオチドプライマーは、インテグレイテッドDNAテクノロジーズ社(米国アイオワ州コーラルビル)により合成されたものであり、表15に列挙されている。HMBSおよびGAPDH5、およびPSA6プライマーは記載のとおりである。アンドロゲン刺激反応を4回行い、その他すべての反応を2回行った。
cDNA末端のRNAリガーゼ介在性迅速増幅(RLM-RACE)
RLM-RACEを、既述のように(上記Tomlins et al.,2005;上記Tomlins et al.,2006)、製造業者の使用説明書に従ってジーン・レーサーRLM-RACEキット(インビトロジェン社)を用いて行った。ETV1の5´末端を得るため、第1の鎖のcDNAを、ジーン・レーサー 5´プライマーおよびETV1_エクソン4-5-rを用いて、プラチナTaqハイフィデリティ(インビトロジェン社)で増幅した。産物をクローン化し、文献(上記Tomlins et al.,2005;上記Tomlins et al.,2006)に記載のように双方向で配列決定した。RLM-RACEdcDNAは、その他のアッセイに使用しなかった。
蛍光インサイツハイブリダイゼーション(FISH)
ホルマリン固定したパラフィン包理(FFPE)組織切片に対する間期FISHを、文献(上記Tomlins et al.,2005)に記載のように行った。1アッセイにつき少なくとも50の核を評価した。LNCaPおよびMDA-PCa2Bの分裂中期スプレッドを、標準的な細胞遺伝学的手法により調製した。スライドを2倍濃度のSSC中で2分間、70%エタノールで2分間、そして100%エタノールで2分間前処理し、風乾した。スライドおよびプローブを同時に75℃で2分間変性し、一晩37℃でハイブリッド形成した。ハイブリッド形成後、0.5倍濃度のSSC中42℃で5分間、続いてPBST中で3回洗浄した。蛍光検出を、フルオレセインについては抗ジゴキシゲニン抱合体(Roche Applied Science社、米国インディアナ州インディアナポリス)、Alexa Fluor594(インビトロジェン社)についてはストレプトアビジンコンジュゲートを用いて行った。スライドを対比染色し、DAPI含有ProLong Gold退色防止試薬(インビトロジェン社)中においた。スライドをツァイス社のAxio Imager Z1蛍光顕微鏡(ツァイス、米国ニューヨーク州ソーンウッド)で観察し、ISISソフトウェア(メタシステム社、独国Altlussheim)を利用しCCDカメラで撮像した。BAC(表16に記載)はBACPACリサーチセンター(米国カリフォルニア州オークランド)から入手したものであり、プローブは文献(上記Tomlins et al.,2005)に記載のように調製した。予め標識された7番染色体セントロメアおよび7pテロメアプローブはVysis社(米国イリノイ州デスプレーンズ)から入手したものである。すべてのプローブについて、完全性および正確な局在化を正常な末梢リンパ球の分裂中期スプレッドとのハイブリッド形成により確認した。
組織特異的発現
14ql3〜q21における5´融合パートナーと遺伝子の組織特異的発現を決定するため、29の異なる種類の630の腫瘍から得た発現プロファイルからなる、国際ゲノムコンソーシアムのexpOデータセットをOncomineデータベースを利用して用いた。市販のアレイプラットフォームではモニターされない、HERV-K_22q11.23の発現を調べるため、Lynx Therapeutics社の正常組織MPSS(massively parallel signature sequencing)データセット(GSE1747)に対するクエリーを、文献(Stauffer et al.,Cancer Immun 4、2(2004))に記載のように、HERV-K_22ql1.23を明確に同定するMPSSタグ「GATCTTTGTGACCTACT」(配列番号:308)を用いて行った。expOデータセットより得た腫瘍型の記述およびMPSSデータセットより得た正常な組織型を表17に示す。
発現のプロファイリング
LNCaP、C4-2B、RWPE-ETV1およびRWPE-GUS細胞の発現プロファイリングをアジレント社の全ヒトゲノムオリゴマイクロアレイ(米国カリフォルニア州Santa Clara)を利用しておこなった。トリゾールを用いて単離した全RNAを、Qiagen社のRNAeasyマイクロキット(米国カリフォルニア州バレンシア)を用いて精製した。1μgの全RNAをcRNAに転換し、製造業者のプロトコル(アジレント社)に従って標識した。ハイブリッド形成を65℃で16時間行い、およびアレイをアジレント社DNAマイクロアレイスキャナーでスキャンした。画像を解析し、線形およびLowess正規化を各アレイに対して実施して、データをアジレント社の特性抽出ソフト9.1.3.1を利用して抽出した。LNCaPおよびC4-2Bハイブリッド形成については、各細胞株に対する標準をプール良性前立腺全RNA(Clontech社、米国カリフォルニア州マウンテンビュー)とした。各細胞株についてダイフリップもおこなった。特性を色素フリップの補正後の2つC4-2Bアレイにおける平均発現で割った2つLNCaPアレイにおける平均発現(対数比)で順位付けした。RWPE細胞については、4つのハイブリッド形成を行った(複製RWPE-ETV1/RWPE-GUSおよびRWPE-GUS/RWPE-ETVlハイブリッド形成)。過剰および過小発現したシグネチャーを、すべての4つのハイブリッド形成で顕著な異なる発現差異(P値対数比<0.01)と、ダイフリップに対する補正後に2倍平均過剰または過小発現(対数比)を有する特性のみを含むようにフィルタリングして作製した。
サザンハイブリッド法
LNCaP、VCaP、プールした正常なヒト雄DNA(Promega社、米国ウィスコンシン州マディソン)、および正常な胎盤DNA(Promega社)由来のゲノムDNA(10μg)を、EcoRIまたはPstI(New England Biologicals、米国マサチューセッツ州イプスウィッチ)で一晩消化した。断片を0.8%アガロースゲル上40Vで一晩分離し、ハイボンドNXナイロン膜に移し、予備ハイブリッド形成して、プローブとハイブリッド形成し、標準的なプロトコルに従って洗浄した。FISHにより関連付けられたchr7の領域にまたがる一連の22プローブ(RP11-313C20とRP11-703A4との間)を、プールした正常なヒト雄ゲノムDNA(表15)上でプラチナTaqハイフィデリティを用いてPCR増幅により作製した。各プローブ25ngをdCTP-P32で標識し、ハイブリッド形成に用いた。
逆PCR
LNCaP細胞におけるETV1区切り点を同定するため、サザンブロット法により同定した再配列に基づく逆PCR法を用いた。野生型の配列由来の逆相補配列であり、プライマーB1、B2、B3と異なる、プライマーA1、A2、A3を、PstIで消化および再連結した(分子内結合を促進するため)LNCaPゲノムDNA鋳型に対する逆PCRに用いた。ネステッドPCRを、以下のプライマー組の順で実施した。すなわち、A1-B1、A2-B2、およびA3-B3。エキスパンド20kbPLUS PCRシステム(Roche Diagnostics GmbH社、独国マンハイム)を、製造業者の指示にしたがい、融合産物の増幅に用いた。このネステッドPCRで観測された濃縮3KbバンドをpCR8/GW/TOPO(インビトロジェン社)にクローン化し、ミニプレップDNAを挿入断片についてスクリーニングし、陽性クローンを配列決定した(ミシガン大学DNA配列決定コア、米国ミシガン州アンアーバー)。その後、融合特異性プライマーを用いたプラチナTaqハイフィデリティにより、融合をPCRにより確認した(表15)。
ETV1のインビトロ過剰発現
ETV1の既報の停止コドンに対するTMPRSS2:ETV1融合(269-1521、NM_004956.3)に存在する、ETV1のcDNAをMET264からRT−PCRで増幅して、GatewayエントリーベクターpCR8/GW/TOPO(インビトロジェン社)にTOPOクローン化し、pCR8-ETV1を得た。アデノウイルスおよびレンチウイルスのコンストラクトを作製するため、pCR8-ETV1および対照エントリークローン(pENTR-GUS)をそれぞれpAD/CMV/V5(インビトロジェン社)とpLenti6/CMV/V5(インビトロジェン社)と、LRクロナーゼII(インビトロジェン社)を用いて組み換えた。対照pAD/CMV/LACZクローンをインビトロジェン社から入手した。アデノウイルスおよびレンチウイルスは、米国ミシガン大学ベクターコアにより作製されたものである。この良性不死化前立腺細胞株RWPEをETV1またはGUSを発現するレンチウイルスに感染させ、安定なクローンをブラストサイジン(インビトロジェン社)を用いた選択により作製した。初代PrEC細胞では安定な培養細胞を作製できないので、良性PrECをETV1またはLACZを発現するアデノウイルスに感染させた。細胞数を、細胞のトリプシン処理および記載の時点で3回コールターカウンターで分析することで概算した。侵襲アッセイについては、同数のPREC‐ETV1および-LACZ(感染後48時間)または安定なRPWE-ETV1および-GUS細胞を、化学誘引物質として下側チャンバーにはウシ胎児血清を加えた、24ウェル培養プレートのインサート内にある基底膜マトリックス(ECマトリックス、ケミコン社、米国カリフォルニア州テメクラ)上に播種した。48時間後、非侵襲性細胞およびECマトリックスを綿棒で除去した。感染細胞をクリスタルバイオレットで染色し、写真撮像した。これらのインサートを10%酢酸で処理し、吸収を560nmで測定した。
ETV1ノックダウン
LNCaP細胞におけるETV1のsiRNAノックダウンについて、ダーマコン社のETV1用SMARTpool(MU-003801-01、米国イリノイ州シカゴ)を構成する個々のsiRNAを、qPCRによりETV1ノックダウンについて試験し、最も効果的な1本鎖siRNA(D-003801-05)をさらなる実験に用いた。siCONTROL非標的siRNA#1(D-001210-01)またはETV1に対するsiRNAを、オリゴフェクタミン(インビトロジェン社)を用いてLNCaP細胞にトランスフェクトした。24時間後、2回目の同一トランスフェクションを実行し、24時間後に以下に記載するようなRNAおよび侵襲アッセイのために細胞を回収した。LNCaP細胞におけるETV1のshRNAノックダウンについては、pMS2レトロウイルスベクター由来のETV1に対するshRNAmirコンストラクト(V2HS_61929、Open Biosystems社、米国アラバマ州ハンツビル)を、製造業者のプロトコルに従ってpGIPZレンチウイルス空ベクター(RHS4349、Open Biosystems社)にクローン化した。ETV1のshRNAmirを有するpGIPZレンチウイルスまたは非発現抑制対照(RHS4346)は、米国ミシガン大学ベクターコアにより作製されたものである。LNCaP細胞をレンチウイルスに感染させ、48時間後に細胞を以下に述べるように侵襲アッセイに用いた。6つの独立した実験の代表的な結果を示す。
侵襲アッセイ
同じ数の記載の細胞を、ウシ胎児血清を化学誘引物質として下側のチャンバーに添加した24ウェル培養プレートのインサート内にある基底膜マトリックス(ECマトリックス、Chemicon社、米国カリフォルニア州テメクラ)上に播種した。48時間後、非侵襲細胞およびECマトリックスを綿棒で除去した。感染細胞をクリスタルバイオレットで染色し、写真撮像した。これらのインサートを10%酢酸で処理し、吸収を560nmで測定した。
FACS細胞周期分析
RWPE-ETV1およびRWPE-GUS細胞を、細胞周期特性決定についてFACSで評価した。細胞を2倍濃度のPBSで洗浄し、およそ2x10細胞を70%エタノール中に固定する前にPBS中に再懸濁した。沈渣の細胞を洗浄し、RNase(100μg/mL最終濃度)およびヨウ化プロピジウム(10μg/mL最終濃度)で30分間37℃で処理した。染色細胞をFACSDiviaを利用してLSRIIフローサイトメーター(BD Biosciences社、米国カリフォルニア州サンノゼ)で分析し、および細胞周期の段階をModFit LT(ベリティソフトウェアハウス社、米国メーン州トプシャム)を用いて計算した。
軟寒天アッセイ
正常培地の低融点アガロースの0.6%(質量/体積)の下層を、6ウェル培養プレート中で調製した。一番上に、1x10RWPE-GUS、RWPE-ETV1、またはDU145(陽性対照)細胞を含有する0.3%アガロースの層をいれた。12日後、病巣をクリスタルバイオレットで染色しカウントした。
免疫ブロット分析
細胞を、50mMのTris−HCl(pH7.4)、1%NP40(シグマ社、米国ミズーリ州セントルイス)、および完全プロテアーゼ阻害剤混合物(Roche社)を含むNP40溶解緩衝液中でホモジナイズした。15μgのタンパク質抽出物をSDS試料緩衝液と混合し、10%SDS-ポリアクリルアミドゲル上で還元条件下で電気泳動させた。これらの分離したタンパク質を、ニトロセルロース膜(Amersham Pharmacia Biotech社、米国ニュージャージー州ピスカタウェイ)上に移した。この膜を、ブロッキング用緩衝液[0.1%ツイーン(TBS−T)および5%脱脂乾燥乳を含有するトリス緩衝生理食塩水]中で1時間インキュベートした。一次抗体を、ブロッキング用緩衝液中一晩4℃で、記載の希釈率で適用した。TBS−T緩衝液で3回洗浄後、膜を、西洋わさびペルオキシダーゼ結合ロバ抗マウスIgG抗体(Amersham Pharmacia Biotech社)で、1:5,000希釈で1時間室温にてインキュベートした。これらのシグナルを、改良型化学発光検出システム(Amersham Pharmacia Biotech社)および放射線写真法で描出した。
マウスモノクローナル抗MMP-3(IM36L、Calbiochem社、米国カリフォルニア州サンディエゴ)を1:500希釈で適用し、マウスモノクローナル抗uPA(IM13L、CalbioChem社)を1:500希釈で適用し、マウス抗GAPDH抗体(Abcam社、米国マサチューセッツ州ケンブリッジ)を1:30,000希釈で対照に添加するのに適用した。
遺伝子導入ETV1マウス
ETV1のインビボでの過剰発現について、C末端3XFLAG-エピトープタグをつけたコンストラクトを、停止コドンの前で3xFLAGタグをコードする逆方向プライマーと、pCR8-ETV1を鋳型として用いて、PCRにより作製した。この産物をpCR8にTOPOクローン化した。前立腺特異的ETV1遺伝子導入コンストラクトを作製するため、3倍濃度のFLAG-ETV1を、改変低分子複合プロバシンプロモーター(ARR2PB)の下流およびウシ成長ホルモンpolyA部位(PA-BGH)の上流で、pBSII(Strata Gene社、米国カリフォルニア州ラホヤ)に挿入した。ARR2PB配列は、本来のプロバシン配列PB(−426/+28)とさらに2つのアンドロゲン応答エレメントを有する。このコンストラクトを配列決定し、FVBマウス卵への微量注入の前の一過性トランスフェクトの際にLNCaP細胞におけるアンドロゲンによるプロモーター誘導能を試験した。ARR2PB-ETV1プラスミドをPvuI/KpnI//SacIIで直線化し、受精FVBマウス卵に微量注入し、米国ミシガン大学遺伝子導入動物モデルコアにより、偽妊娠の雌に手術で移植した。遺伝子導入初代動物を、切り取った尾から単離したゲノムDNAを用いてPCRによりスクリーニングした。遺伝子導入ARR2PB-ETV1初代動物を、FVBマウスと交配し、導入遺伝子陽性雄マウス子孫を様々な時点で屠殺した。遺伝子導入マウス由来の前立腺をNikon社の切開用顕微鏡を用いて切開し、10%緩衝ホルマリンに固定し、パラフィン中に包理した。5μmの切片をヘマトキシリンおよびエオシンで染色し、3名の病理学者により、ヒト癌コンソーシアム前立腺病理委員会のマウスモデルに関するバーハーバーミーティングのコンセンサスレポートに従って評価した(Nam et al.,Cancer Biol Ther 6(2007))。
ETV1-FLAGの免疫組織化学的検出に関しては、基底細胞マーカーであるp63およびサイトケラチン5(CK5)、および平滑筋アクチン、脱パラフィン化スライドについて、マイクロ波-クエン酸塩抗原検索を行い、ウサギ抗FLAGポリクローナル抗体(1:50希釈、一晩恒温放置、Cell Signaling Technology,#2368)、マウスモノクローナル抗p63抗体(1:100希釈、45´ 恒温放置、Lab Vision、MS1081P1)、マウスモノクローナル抗平滑筋アクチン抗体(1:50希釈、30℃恒温放置、DakoAb M0851)、およびウサギポリクローナル抗CK5抗体(1:500希釈、30℃恒温放置、AbCam、ab24647)と共に、それぞれインキュベートした。p63およびSMAの描出を、M.O.M免疫検出キット(PK2200、ベクターラボラトリー社)を用いた標準的なビオチン-アビジン複合体手法によりおこなった。FLAGおよびCK5をEnvision+システム-HRP(DAB)キット(K4011、DakoCytomation社)を用いて検出した。
(表15)
Figure 0006035634
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(表16)
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(表17)
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B.結果
前立腺癌における新規 5´ETS融合パートナーの同定
qPCRにより、前立腺組織試料の2つのコホートを、ETV1のアウトライアー発現を有する症例を同定するために、ERGとETV1の発現についてスクリーニングした。図38aに示すように、これら2つのコホートにわたり、54の局在化した前立腺癌試料のうち26および3試料が、それぞれERG(48%)およびETV1(5.5%)アウトライアー発現を示した。さらにまた、2つのホルモン抵抗性転移性前立腺癌試料であるMET26およびMET23は、ETV1アウトライアー発現を示した。qPCRにより、ERGのアウトライアー発現を有する、26の局在化した試料中25試料(96%)が、TMPRSS2:ERG融合転写物を発現した。MET26を除き、4つのETV1アウトライアー(PCa_ETV1_1〜3およびMET23)を含むいずれの試料も、TMPRSS2:ETV1融合転写物を発現しなかった。
これらの症例におけるETV1転写物構造の特性決定をするため、cDNA末端(RLM-RACE)の5´RNAリガーゼ介在性迅速増幅をおこなった。MET26におけるTMPRSS2由来の5´エクソンよりむしろ、すべての4つの試料は、特有の5´配列を有した(図38b)。PCa_ETV1_1においては、ETV1のエクソン1〜4を、5´末端反復配列(LTR)に対して相同性を有する22q11.23由来の2つのエクソン、およびヒト内在性レトロウイルスファミリーK(以下「HERV-K_22q11.23」と称する)のgag配列で置換した。PCa_ETV1_2では、ETV1のエクソン1は、HNRPA2B1(7pl5)由来のエクソン1で置換されていたのに対し、PCa_ETV1_3では、ETV1のエクソン1〜4がさらなる上流配列およびSLC45A3(1q32)のエクソンで置換されていた。MET23においては、ETV1のエクソン1〜5が、C15ORF21(15q21)由来のエクソン1および2で置換されていた(図1b)。これらの融合転写物の排他的な発現は、qPCRおよびFISHによるこれらの症例におけるゲノムレベルでの融合により確認された(図38c、39、および40)。PCaETV1_2において、FISHは、HNRPA2B1に対して5´側およびETV1に対して3´側のプローブの対応する融合を伴った、HNRPA2B1に対して3´側およびETV1に対して5´側のプローブの欠失を実証し、7p上でおよそ13MB離れてヘッドからテールの方向に配向する、HNRP2A2B1とETV1との間の染色体内欠失と一致した(図38cおよび40)。遺伝子融合の配列を図51に示す。
5´融合パートナーの明確な機能分類
HERV-K_22qll.23:ETV1、SLC45A3:ETV1、およびC15ORF21:ETV1融合は、5´パートナー由来の予測翻訳配列を含まず、HNRPA2B1:ETV1融合におけるHNRPA2B1配列は、融合タンパク質に対して2つの残基のみが寄与する。従って、5´パートナーのプロモーターエレメントは、おそらくこれらの症例における異常ETV1発現を誘発するので、これらの遺伝子の組織特異性およびアンドロゲン制御が特徴決定された。SLC45A3、C15ORF21、およびHNRPA2B1の組織特異性を調べるため、29の異なる種類の630の腫瘍から得た発現プロファイルからなる国際ゲノムコンソーシアムexpOデータセットを、Oncomineデータベースを用いて検索した(Rhodes et al.,Neoplasia 9、166-80(2007))。TMPRSS2と同様に、SLC45A3は、その他すべての腫瘍型(中央値=0.33、P=2.4E-7)と比較して、前立腺癌において著しい過剰発現 (中央値=2.45、1つのアレイ当たりの中央値を超える標準偏差)を示した。C15ORF21は、前立腺癌において同様の過剰発現を示した(中央値=2.06vs-0.12、P=3.4E-6)。一方、HNRPA2B1は、前立腺およびその他の腫瘍型で高発現を示した(中央値=2.36vs2.41、P>0.05)(図38d)。HERV-K_22q11.23をexpOデータセットで用いたDNAマイクロアレイでモニターしていないにもかかわらず、Staufferら(Cancer Immun 4、2(2004))が記載するように、MPSSにより明確に測定される。従って、HERV-K_22q11.23の発現を、31のその他の正常な組織(中央値=100万あたり9個の転写物)と比較して、HERV-K_22q11.23が正常な前立腺組織において最高レベルで発現(100万あたり94個の転写物)した、32の正常な組織型(Jongeneel et al.,Genome Res 15、1007-14(2005))からのプロファイルを含むリンクス治療法MPSSデータセット中で検索した(図38d)。
qPCRにより、SLC45A3(21.6倍、P=6.5E-4)とHERV-K_22q11.23(7.8倍、P=2.4E-4)の、LNCaP前立腺癌細胞株における内在性発現は、TMPRSS2(14.8倍、P=9.95E-7)と同様に、合成アンドロゲンR1881によって著しく増加する。逆に、C15ORF21の発現は、R1881刺激により著しく減少する(1.9倍、P=0.0012)。最後に、HNRPA2B1の発現は、アンドロゲン刺激により著しくは変化しない(1.17倍、P=0.29))(図38e)。
ETV1は、良性前立腺細胞において侵襲を誘導する
5´パートナーがコード配列をETV1転写物に与えないので、臨床的試料および前立腺癌細胞株における異なるクラスのETV1再配列についての共通の結果は、切断されたETV1の異常過剰発現である。従って、この現象は、前立腺癌における異常ETSファミリーメンバー発現の役割を決定するために、インビトロおよびインビボで繰り返された。アデノウイルスおよびレンチウイルスコンストラクトは、指標のTMPRSS2:ETV1融合が陽性の症例、MET26(ETV1のエクソン4から始まって報告の終始コドンまで)で表されるようにETV1を過剰発現するようにデザインされている(図41a)。良性不死化前立腺上皮細胞株RWPEを、ETV1を発現するレンチウイルスに感染させ、安定なRWPE-ETV1細胞を選択し、ETV1を発現するアデノウイルスによる感染により、原発性良性前立腺上皮細胞株PrECにおいてETV1を一時的に過剰発現した。RWPEおよびPrEC細胞の両者において、ETV1の過剰発現は、増殖に対して検出可能な効果はなく(図44a〜b)、細胞周期解析は、S期におけるRWPE-ETV1とRWPE-GUS細胞の割合に何の差異も示さなかった(図44c)。さらにまた、軟寒天形質転換アッセイでは、ETV1過剰発現がRWPE細胞を形質転換するには十分でないことが示された(図44d)。
ETV1過剰発現は、RWPE(3.4倍、P=0.0005)およびPrEC(6.3倍、P=0.0006)の両者で顕著に侵襲を増大させた(図41b〜c)。さらにまた、LNCaPにおける、siRNA、または異なる配列に対して設計されたshRNAを用いたETV1ノックダウンは、侵襲を顕著に阻害し(図41d〜eおよび図45)、過去の研究と一致している(Cai et al.,Mol Endocrinol(2007))。これらの結果は、ETV1過剰発現が重要な発癌表現型である侵襲を誘発することを実証している。安定なETV1過剰発現により制御される転写プログラムを調べるため、RWPE-ETV1細胞をプロファイリングし、発現シグネチャーを、分子概念マップ(MCM)と呼ばれる生物学的に関連した概念の概要に対して解析した。MCMは、20,000以上の生物学的に関連した遺伝子セット間の関連を不均衡なオーバーラップにより探すためのものである(Tomlins et al.,Nat Genet 39、41-51(2007))。図41fに示すように、MCM分析は本発明者らのETV1過剰発現されたシグネチャーにおいてエンリッチメントが起こっている細胞侵襲に関連する分子概念のネットワークを明らかにしており、上述の表現型効果と一致している。qPCRおよび免疫ブロット法により、マトリックスメタロプロテイナーゼおよびウロキナーゼプラスミノーゲン活性化因子経路のメンバー(Laufs et al.,Cell Cycle 5、1760-71(2006);Fingleton,Front Biosci 11、479-91(2006))等の、過去に侵襲に関与した複数の遺伝子のRWPE-ETV1細胞における過剰発現を確認した(図41gおよび47)。これらの結果は、ETV1がマトリックスメタロプロテイナーゼを通じてLNCaP細胞内での侵襲に影響を与えることを実証する最近の研究(上述のCai et al.)と一致している。
mPINを誘発するマウス前立腺におけるETV1発現
つぎに、インビボでのETV1過剰発現の効果を、アンドロゲン制御下で前立腺において排他的に強力な導入遺伝子発現を誘発する、改変プロバシンプロモーター(ARR2Pb-ETV1)の制御下にあるFLAGタグのついた切断されたバージョンのETV1(図41a)を発現する遺伝子導入マウスを用いて調べた(Ellwood-Yen et al.,Cancer Cell 4,223-38(2003))。この導入遺伝子は、ヒト前立腺癌において同定されたETV1のアンドロゲン誘導遺伝子融合に機能的に類似している(すなわち、TMPRSS2:ETV1、SLC45A3:ETV1、およびHERV-K_22q11.23:ETV1)。複数のARR2Pb-ETV1初代動物を入手し、表現型解析に展開した。12〜14週齢の、ARR2Pb-ETV1遺伝子導入マウス8匹中6匹(75%)が、マウス前立腺上皮内腫瘍(mPIN)を発症した(表18および図42)。mPINの定義に従い、層形成、高色素血および肥大核小体(macronucleoli)を含む核異型を示す、ARR2Pb-ETV1マウスの前立腺における正常な腺内に含まれる局所性増殖病変を観察した(図42a〜f)。mPINは、ARR2Pb-ETV1マウスのすべての3つの前立腺葉(前側、腹側、および背外側)で観察され、腹側葉で最もよくみられた(7/11、63.6%)(表18)。免疫組織化学的検査により、強度のETV1-FLAG発現が、ARR2Pb-ETV1マウスの良性腺ではなく、排他的にmPIN病巣で観察され(図48)、qPCRは、導入遺伝子発現が前立腺に限定されるものであることを確認した。
すべての病変は、近接する平滑筋アクチン染色により実証されるように、無傷の繊維筋層の存在により、インサイツであることが確認された(図42g〜h)。しかしながら、基底細胞マーカーサイトケラチン5およびp63を用いた免疫組織化学的検査は、良性腺と比較した、ARR2Pb-ETV1mPINにおける周囲基底上皮層の消失を実証し(図42i〜l)、基底細胞層の破損を示している。これらの結果は、ETV1がマウス前立腺における腫瘍表現型を誘導を実証し、ヒト前立腺癌におけるETS遺伝子融合の発癌役割を支持する。
(表18)
Figure 0006035634
実施例20:さらなる遺伝子融合
本実施例では、TMPRSS2:ETV5およびSLC45A3:ETV5遺伝子融合の同定を説明する。SYBRグリーンを用いたQPCRによるETV5アウトライアー発現の検出には、以下のプライマー対、すなわち、
Figure 0006035634
を用いた。
PCa_ETV5_1由来のTMPRSS2:ETV5融合の同定には、RLM-RACEに対し、以下のプライマー、すなわち、
Figure 0006035634
を用いた。
PCa_ETV5_2由来のSLC45A3:ETV5融合の同定には、以下のプライマー、すなわち、
Figure 0006035634
を用いた。
図52は、上述の融合を示す。TMPRSS2:ETV5については、3つのスプライスバリアントを同定した。すべてについての配列を示した。図53は、ETV5アウトライアー発現を示す2つの前立腺癌(PCa)の例のQPCRによる同定を示す。図Bは、RACEで決定した、両例についての融合転写物の構造を示す。
すべての刊行物、特許、特許出願、および上述の明細書において述べた配列番号を、ここでこれらの前内容を参照により援用する。本発明は特定の実施形態と関連させて記載されているが、特許請求の本発明はこのような特定の実施形態に不当に限定されるべきではないことを理解すべきである。実際、本発明の記載の組成物および方法の様々な変形および変更は、当業者に明らかであり、以下の請求項の範囲内であると考える。

Claims (11)

  1. 以下を含む、生物学的試料を試験する方法;
    (a)該生物学的試料を検出試薬と接触させる工程であって、該生物学的試料が、前立腺細胞もしくは画分、前立腺分泌物もしくは画分、またはそれらの組み合わせを含むかまたはそれらに由来する、工程、および
    (b)SLC45A3であるアンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域由来の5´部分と、ETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有する遺伝子融合が該試料中に存在する場合、それを検出する工程、
    ここで、生物学的試料中の遺伝子融合の存在が該試料が由来する個体における前立腺癌を示す。
  2. 前記アンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域が、アンドロゲン制御遺伝子のプロモーター領域を含む、請求項1記載の方法。
  3. 前記工程(b)が、アンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域由来5´部分と、ETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有するゲノムDNAの染色体再編成を検出することを含む、請求項1記載の方法。
  4. 前記工程(b)が、アンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域由来の5´部分とETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分とを有するキメラmRNA転写物を検出することを含む、請求項1記載の方法。
  5. 前記試料が、組織、血液、血漿、血清、尿、尿の上澄み、尿細胞ペレット、精液、前立腺分泌物、および前立腺細胞からなる群より選ばれる、請求項1記載の方法。
  6. 前立腺癌に関連する、アンドロゲン制御遺伝子ETSファミリーメンバー遺伝子の遺伝子再配列を検出するための組成物の使用であって、該組成物が、SLC45A3であるアンドロゲン制御遺伝子と特異的にハイブリッド形成する配列を含む第一の標識されたプローブと、ETSファミリーメンバー遺伝子と特異的にハイブリッド形成する配列を含む第二の標識されたプローブとを含む、使用。
  7. 前立腺癌に関連する、アンドロゲン制御遺伝子ETSファミリーメンバー遺伝子の遺伝子再配列を検出するための組成物の使用であって、該組成物が、SLC45A3であるアンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域由来の5´部分がETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分に融合している接合部とハイブリッド形成する配列を含むプローブを含む、使用。
  8. 前立腺癌に関連する、アンドロゲン制御遺伝子ETSファミリーメンバー遺伝子の遺伝子再配列を検出するための組成物の使用であって、該組成物が、SLC45A3であるアンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域とハイブリッド形成する配列を含む第一の増幅オリゴヌクレオチドと、ETSファミリーメンバー遺伝子とハイブリッド形成する配列を含む第二の増幅オリゴヌクレオチドとを含む、使用。
  9. 前立腺癌に関連する、アンドロゲン制御遺伝子ETSファミリーメンバー遺伝子の遺伝子再配列を検出するための組成物の使用であって、該組成物が、SLC45A3であるアンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域の、ETSファミリーメンバー遺伝子への融合から生じた、アミノ末端で切断されたETSファミリーメンバータンパク質に対する抗体を含む、使用。
  10. 以下のうちの少なくとも一つを含む、患者における前立腺癌を診断するための組成物:
    (a)SLC45A3であるアンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域由来の5´部分が、ETSファミリーメンバー遺伝子由来の3´部分に融合している接合部とハイブリッド形成する配列を含む、標識されたプローブ;
    (b)SLC45A3であるアンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域とハイブリッド形成する配列を含む第一の標識されたプローブ、ならびにETSファミリーメンバー遺伝子とハイブリッド形成する配列を含む第二の標識されたプローブ;
    (c)SLC45A3であるアンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域とハイブリッド形成する配列を含む第一の増幅オリゴヌクレオチド、ならびにETSファミリーメンバー遺伝子とハイブリッド形成する配列を含む第二の増幅オリゴヌクレオチド;
    (d)SLC45A3であるアンドロゲン制御遺伝子の転写制御領域の、ETSファミリーメンバー遺伝子への融合から生じた、アミノ末端で切断されたETSファミリーメンバータンパク質に対する抗体;または
    (e)SLC45A3であるアンドロゲン制御遺伝子と、ETSファミリーメンバー遺伝子との融合に関連する再編成を検出するためのインサイツハイブリダイゼーションプローブ。
  11. 請求項10記載の組成物のうち一つまたは複数を含むキット。
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