JP6614630B2 - 肝細胞癌のリスク評価方法 - Google Patents

肝細胞癌のリスク評価方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6614630B2
JP6614630B2 JP2019528942A JP2019528942A JP6614630B2 JP 6614630 B2 JP6614630 B2 JP 6614630B2 JP 2019528942 A JP2019528942 A JP 2019528942A JP 2019528942 A JP2019528942 A JP 2019528942A JP 6614630 B2 JP6614630 B2 JP 6614630B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dna
peak
detection signal
subject
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019528942A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2019039532A1 (ja
Inventor
弥栄 金井
恵吏 新井
卓也 與谷
栄一郎 砂村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Cancer Center Japan
Sekisui Medical Co Ltd
Original Assignee
National Cancer Center Japan
Sekisui Medical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Cancer Center Japan, Sekisui Medical Co Ltd filed Critical National Cancer Center Japan
Publication of JPWO2019039532A1 publication Critical patent/JPWO2019039532A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6614630B2 publication Critical patent/JP6614630B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • C12Q1/6883Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for diseases caused by alterations of genetic material
    • C12Q1/6886Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for diseases caused by alterations of genetic material for cancer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/1003Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor
    • C12N15/1006Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by means of a solid support carrier, e.g. particles, polymers
    • C12N15/101Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by means of a solid support carrier, e.g. particles, polymers by chromatography, e.g. electrophoresis, ion-exchange, reverse phase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6806Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6869Methods for sequencing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/118Prognosis of disease development
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/154Methylation markers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hospice & Palliative Care (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oncology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

本発明は、メチル化DNAの検出を利用した肝細胞癌のリスク評価方法に関する。
肝細胞癌(HCC)は世界的に知られている悪性腫瘍であり、その主要な発生要因は肝炎ウィルスの感染であることが明らかになっている。肝細胞癌の発生要因となる肝炎ウィルスは、主にB型肝炎ウィルス(HBV)とC型肝炎ウィルス(HCV)である。HCCは、肝炎ウィルス感染に関連した慢性肝炎又は肝硬変を患っている患者において通常発症する。しかも、その患者の殆どにおいて、HCCが発症した段階では既に肝機能が低下しているため、早期に癌と診断されない限り良好な治療成績は期待できない。ゆえに、慢性肝炎や肝硬変といった前癌状態のサーベイランス(経過観察)は優先して行われるべきである。特に、高いHCC発生リスクのある患者には、たとえ自覚症状がなくとも、密なサーベイランスをして早期にHCCを発見し、治療を行うべきである。反面、HCC発生リスクのない患者にとって、密なサーベイランスは過度な負担になる。そのため、慢性肝炎や肝硬変といった前癌状態の患者の適切な管理のために、HCC発生のリスク評価は非常に重要である。
DNAメチル化の変化は、最も一般的に観察される発癌に伴うエピジェネティックな変化の1つである。DNAメチル化の変化は、早期癌及び前癌段階にも関与していることが示唆されている。HCC患者から得られた慢性肝炎又は肝硬変が見られる肝臓組織において、DNAメチル化転移酵素のスプライシング及び/又は発現の異常に関連したDNAメチル化の変化が起こっていることが報告されている。
さらに本発明者の研究により、これまでに、パイロシークエンシング、質量分析等によって肝臓組織のゲノムDNAの特定のCpGサイトのDNAメチル化レベルを検出し、検出したDNAメチル化レベルを非癌肝臓組織サンプルと判別するためのカットオフ値と比較することによって、患者におけるHCCのリスクを評価する方法が提案されている(特許文献1)。この方法は、感度及び特異性の高いHCCリスク評価を実現する。しかしながら、感度及び特異性の高さを担保しながらも、より効率よく低コストにHCCのリスクを評価することのできる方法が希求されている。
最近、亜硫酸水素塩で処理したサンプルDNAをイオン交換クロマトグラフィーにかけることで、メチル化DNAを検出する方法が開示された(特許文献2)。さらに本発明者らは、この原理を利用して、亜硫酸水素塩で処理したサンプルDNAをイオン交換クロマトグラフィーにかけ、その保持時間に基づいて腎細胞癌の予後を判定する方法を提案している(特許文献3)。
国際公開公報第2012/102377号 国際公開公報第2014/136930号 国際公開公報第2015/129916号
パイロシークエンシング等を用いたDNAメチル化レベルの検出に基づく肝細胞癌(HCC)のリスク評価法(例えば特許文献1)は、感度及び特異性は高いが、DNAメチル化レベルの検出に時間と手間、コストがかかるという難点がある。本発明は、高い感度及び特異性がありつつも、簡便、迅速で低コストなHCCのリスク評価方法を提供する。
本発明者らは、被験体の肝臓組織から得られたCpGサイトを含むサンプルDNAを亜硫酸水素塩で処理し、DNAを増幅し、その増幅産物をイオン交換クロマトグラフィーで分離することで、簡便かつ迅速に、該CpGサイトのDNAメチル化を検出できることを見出した。さらに本発明者らは、該クロマトグラフィーによる検出シグナルのピーク形状が、HCC高リスク群と低リスク群とで異なることを見出した。該クロマトグラフィーによる検出シグナルのピーク形状は、HCCのリスク評価の指標となる。
さらに驚くべきことに、本発明者らは、上記イオン交換クロマトグラフィーを用いたCpGサイトのDNAメチル化分析によるHCCのリスク評価において、特定のCpGサイトを分析対象としたときに、他のCpGサイトと比べて顕著に高い感度及び特異性を達成できることを見出した。したがって、当該イオン交換クロマトグラフィーを用いたDNAメチル化分析と、当該特定のCpGサイトのサンプルとしての利用とを組み合わせることによって、簡便さ及び迅速さと、感度及び特異性の高さとを併せ持ったHCCのリスク評価が実現される。
したがって、本発明は、以下を提供する。
〔1〕肝細胞癌のリスクを評価する方法であって:
(1)亜硫酸水素塩処理された、被験体の肝臓組織由来のDNAを増幅する工程であって、該DNAがMGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含む、工程;
(2)得られた増幅産物をイオン交換クロマトグラフィーにかける工程;
(3)該クロマトグラフィーの検出シグナルのピークの形状に基づいて、該DNAが肝細胞癌の発症リスクが高い被験体から得られたDNAであるか否かを判定する工程、
を含む、方法。
〔2〕肝細胞癌のリスクを評価する方法であって:
(1)亜硫酸水素塩処理された、被験体の肝臓組織由来のDNAを増幅する工程であって、該DNAがMGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含む、工程;
(2)得られた増幅産物をイオン交換クロマトグラフィーにかける工程;
(3)該クロマトグラフィーの検出シグナルのピークの形状に基づいて、該被験体の肝細胞癌の発症リスクが高いか否かを判定する工程、
を含む方法。
〔3〕前記DNAが、配列番号1で示されるヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも95%の同一性を有するヌクレオチド配列からなるDNAを含む、〔1〕又は〔2〕記載の方法。
〔4〕前記(3)において、前記検出シグナルのピークの形状が一峰のメチル化DNAのピークである場合は、該DNAを、肝細胞癌の発症リスクが高い被験体から得られたDNAとして選択し、前記検出シグナルのピークの形状が二峰性である場合は、該DNAを、肝細胞癌の発症リスクが低い被験体から得られたDNAとして選択する、〔1〕〜〔3〕のいずれか1項記載の方法。
〔5〕前記(3)が、前記検出シグナルのピークの保持時間を陽性対照又は陰性対照の検出シグナルのピークの保持時間と比較することで、前記メチル化DNAのピークが取得されたことを確認することを含み、
該陽性対照の検出シグナルが、前記被験体の肝臓組織由来のDNAと同じ配列からなりかつ100%メチル化しているDNAが亜硫酸水素塩処理及び増幅されたときに得られるDNAを、イオン交換クロマトグラフィーにかけることによって得られたものであり、
該陰性対照の検出シグナルが、該被験体の肝臓組織由来のDNAと同じ配列からなりかつメチル化していないDNAが亜硫酸水素塩処理及び増幅されたときに得られるDNAを、イオン交換クロマトグラフィーにかけることによって得られたものである、
〔4〕記載の方法。
〔6〕前記イオン交換クロマトグラフィーがアニオン交換クロマトグラフィーである、〔1〕〜〔5〕のいずれか1項記載の方法。
本発明によれば、パイロシークエンシング等により検出されたDNAメチル化レベルを指標とする従来の方法(例えば特許文献1)と比べて、検出の感度及び特異性の高さを維持しながらも、より簡便かつ迅速に肝細胞癌のリスクを評価することができる。
HCC患者由来非がん肝臓組織サンプル(N群)のLiv25領域から得られたクロマトグラムの例。各図は個々のサンプルからのデータを表し、各図中の記号はサンプルIDを表す。 図1のデータの一次微分値のプロット。 健常肝臓組織サンプル(C群)のLiv25領域から得られたクロマトグラムの例。各図は個々のサンプルからのデータを表し、各図中の記号はサンプルIDを表す。 図3のデータの一次微分値のプロット。
本明細書において「肝細胞癌」(Hepatocellular carcinoma;HCCともいう)とは、肝臓の実質である肝細胞から発生する原発性肝癌を意味する。
本明細書において「肝細胞癌のリスク」とは、肝細胞癌の発生リスクを意味する。
本明細書において「CpGサイト」とは、DNA配列上でシトシン(C)とグアニン(G)との間がホスホジエステル結合(p)している部位のことを意味する。
本明細書において、「DNAメチル化」とは、前記CpGサイトにおいて、シトシンの5位の炭素がメチル化されている状態のことを意味する。
本明細書において、DNAの「メチル化レベル」とは、該DNAのメチル化の割合(メチル化率ともいう)を意味する。
本明細書において、ヌクレオチド配列に関する「少なくとも95%の同一性」とは、95%以上、好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上、さらに好ましくは99.5%以上の同一性をいう。
一実施形態において、本発明は、以下の工程を含む、HCCのリスクを評価する方法を提供する:
(1)亜硫酸水素塩処理された、被験体の肝臓組織由来のDNAを増幅する工程であって、該DNAがMGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含む、工程;
(2)得られた増幅産物をイオン交換クロマトグラフィーにかける工程;
(3)該クロマトグラフィーの検出シグナルのピークの形状に基づいて、該DNAがHCCの発症リスクが高い被験体から得られたDNAであるか否かを判定する工程。
別の一実施形態において、本発明は、以下の工程を含む、HCCのリスクを評価する方法を提供する:
(1)亜硫酸水素塩処理された、被験体の肝臓組織由来のDNAを増幅する工程であって、該DNAがMGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含む、工程;
(2)得られた増幅産物をイオン交換クロマトグラフィーにかける工程;
(3)該クロマトグラフィーの検出シグナルのピークの形状に基づいて、該被験体がHCCの発症リスクが高い被験体であるか否かを判定する工程。
本発明においては、被験体から得られた、肝臓組織由来のMGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含むDNA(以下の本明細書において、サンプルDNAとも称する)は、亜硫酸水素塩処理され、次いで増幅される。
本発明における「被験体」としては、特に制限されることなく、例えば、健常者、ならびにB型肝炎感染者、C型肝炎感染者、慢性肝炎の患者、肝硬変の患者、肝細胞癌患者及びそれらの疑いがある者が挙げられる。好ましくは、該被験体は、B型肝炎、C型肝炎、慢性肝炎又は肝硬変を有するヒトであり、これらは一般的に肝細胞癌を発症する可能性が高い者として知られる。
本発明で用いられる「肝臓組織由来のDNA」を調製する方法としては、特に制限はなく、公知の手法を適宜選択して用いることができる。ゲノムDNAを調製する公知の手法としては、例えば、フェノールクロロホルム法(肝臓組織を、タンパク質分解酵素(proteinase K)、界面活性剤(SDS)、及びフェノールで処理して該組織のタンパク質を変性させ、次いでクロロホルム、エタノール等で該組織からDNAを沈殿させ抽出する方法)、市販のDNA抽出キット、例えばQIAamp DNA Mini kit(Qiagen社製)、Clean Columns(NexTec社製)、AquaPure(Bio−Rad社製)、ZR Plant/Seed DNA Kit(Zymo Research社製)、prepGEM(ZyGEM社製)、BuccalQuick(TrimGen社製)等を用いるDNA抽出方法、などが挙げられる。
かかる方法によりゲノムDNAが調製される肝臓組織としては、特に制限はなく、例えば、生検等に際して採取したそのままの肝臓組織、凍結した肝臓組織、ホルマリン固定又はパラフィン包埋された肝臓組織、などが挙げられる。組織中のゲノムDNAの分解を抑制する観点からは、凍結した肝臓組織を用いることが望ましい。本発明において、ゲノムDNAの調製に使用される肝臓組織の状態(慢性肝炎及び肝硬変の段階、肝炎ウィルス感染、炎症もしくは線維化等)及び肝細胞癌の病巣からの距離には特に制限はない。
本発明における「MGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイト」とは、NCBI Gene ID:23295([www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/23295])で表されるヒトMGRN1(mahogunin ring finger 1)遺伝子のエクソン領域のCpGサイトをいう。
本発明で用いられるサンプルDNAは、MGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含むDNAである。例えば、当該サンプルDNAは、MGRN1遺伝子エクソンの上流領域に位置するCpGサイトを含むDNAである。そのようなサンプルDNAの例としては、配列番号1で示されるヌクレオチド配列からなるDNAが挙げられる。あるいは、MGRN1遺伝子のエクソン領域に由来し、配列番号1で示されるヌクレオチド配列と少なくとも95%の同一性を有するヌクレオチド配列からなるDNAもまた、本発明のサンプルDNAの例である。好ましくは、当該サンプルDNAは、配列番号1で示されるヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも95%の同一性を有するヌクレオチド配列からなるDNAを含み、より好ましくは配列番号1で示されるヌクレオチド配列からなるDNAである。
サンプルDNAの亜硫酸水素塩処理の方法には、特に制限はなく、公知の手法を適宜選択して用いることができる。亜硫酸水素塩処理のための公知の方法としては、例えば、後述するEpiTect Bisulfite Kit(48)(Qiagen社製)や、MethylEasy(Human Genetic Signatures Pty社製)、Cells−to−CpG Bisulfite Conversion Kit(Applied Biosystems社製)、CpGenome Turbo Bisulfite Modification Kit(MERCK MILLIPORE社製)などの市販のキットを用いる方法が挙げられる。
亜硫酸水素処理されたサンプルDNAを増幅する方法としては、PCR等の任意の核酸増幅方法が挙げられ、特に限定されない。増幅反応の条件にも特に制限はなく、増幅対象のDNAの配列、長さ、量などに応じて、公知の手法を適宜選択して用いることができる。好ましくは、該DNAはPCRにより増幅される。増幅産物の鎖長は、増幅反応の時間の短縮、ならびにイオン交換クロマトグラフィーでの分析時間の短縮や分離性能の維持等の要素を勘案して適宜調節することができる。例えば、PCR増幅産物の鎖長は、1000bp以下が好ましく、500bp以下がより好ましく、300bp以下がさらに好ましい。一方、非特異的増幅を避けるためにPCR用プライマー鎖長は15mer以上であることが好ましいことから、PCR増幅産物の鎖長は、31bp以上が好ましく、40bp以上がより好ましい。
本発明におけるDNAのPCR増幅のためのプライマーセットの好ましい例としては、配列番号4及び5で示されるプライマーセットが挙げられる。該PCRの条件の好ましい例は、[94℃1分→64℃1分→72℃1分]×5サイクル→[94℃1分→62℃1分→72℃1分]×5サイクル→[94℃1分→60℃1分→72℃1分]×5サイクル→[94℃1分→58℃1分→72℃1分]×35サイクル、であるが、これに限定されるものではない。
続いて、本発明においては、上記増幅工程で得られた、亜硫酸水素塩処理したサンプルDNAの増幅産物を、イオン交換クロマトグラフィーにかける。本発明で行われるイオン交換クロマトグラフィーは、アニオン交換クロマトグラフィーが好適である。本発明で行われるイオン交換クロマトグラフィーに用いるカラムの充填剤としては、表面に強カチオン性基を有する基材粒子であれば特に限定されないが、国際公開公報第2012/108516号に示される、表面に強カチオン性基と弱カチオン性基の両方を有する基材粒子が好ましい。
本明細書において、強カチオン性基とは、pHが1から14の広い範囲で解離するカチオン性基を意味する。すなわち、該強カチオン性基は、水溶液のpHに影響を受けず解離した(カチオン化した)状態を保つことが可能である。
当該強カチオン性基としては、4級アンモニウム基が挙げられる。具体的には例えば、トリメチルアンモニウム基、トリエチルアンモニウム基、ジメチルエチルアンモニウム基等のトリアルキルアンモニウム基などが挙げられる。また、当該強カチオン性基のカウンターイオンとしては、例えば、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン等のハロゲン化物イオンが挙げられる。
当該基材粒子の表面に存在する当該強カチオン性基量は、特に限定されないが、充填剤の乾燥重量あたりの好ましい下限は1μeq/g、好ましい上限は500μeq/gである。該強カチオン性基量が1μeq/g未満であると、保持力が弱く分離性能が悪くなることがある。該強カチオン性基量が500μeq/gを超えると、保持力が強くなり過ぎてDNAを容易に溶出させることができず、分析時間が長くなりすぎる等の問題が生じることがある。
本明細書において、弱カチオン性基とは、pkaが8以上のカチオン性基を意味する。すなわち、該弱カチオン性基は、水溶液のpHによる影響を受け、解離状態が変化する。すなわち、pHが8より高くなると、該弱カチオン性基のプロトンは解離し、プラスの電荷を持たない割合が増える。逆にpHが8より低くなると、該弱カチオン性基はプロトン化し、プラスの電荷を持つ割合が増える。
当該弱カチオン性基としては、例えば、3級アミノ基、2級アミノ基、1級アミノ基などが挙げられる。なかでも、3級アミノ基であることが望ましい。
当該基材粒子の表面に存在する当該弱カチオン性基量は、特に限定されないが、充填剤の乾燥重量あたりの好ましい下限は0.5μeq/g、好ましい上限は500μeq/gである。該弱カチオン性基量が0.5μeq/g未満であると、少なすぎて分離性能が向上しないことがある。該弱カチオン性基量が500μeq/gを超えると、強カチオン性基と同様保持力が強くなり過ぎてDNAを容易に溶出させることができず、分析時間が長くなりすぎる等の問題が生じることがある。
当該基材粒子表面の強カチオン性基又は弱カチオン性基の量は、基に含まれる窒素原子を定量することにより測定することができる。窒素を定量する方法として、例えばケルダール法が挙げられる。例えば、強カチオン性基と弱カチオン性基を有する基材粒子の場合、まず、疎水性架橋重合体と強カチオン性基の重合後に強カチオン性基に含まれる窒素を定量する。次いで、該重合体に弱カチオン性基を導入して、強カチオン性基と弱カチオン性基に含まれる窒素の合計量を定量する。求めた値から、弱カチオン性基に含まれる窒素量を算出することができる。このように基の窒素原子の定量値に基づいて、充填剤に含まれる強カチオン性基量及び弱カチオン性基量を上記範囲内に調整することができる。
当該基材粒子としては、例えば、重合性単量体等を用いて得られる合成高分子微粒子、シリカ系等の無機微粒子などを用いることができるが、合成有機高分子からなる疎水性架橋重合体粒子であることが望ましい。
当該疎水性架橋重合体は、少なくとも1種の疎水性架橋性単量体と少なくとも1種の反応性官能基を有する単量体を共重合して得られる疎水性架橋重合体、少なくとも1種の疎水性架橋性単量体と少なくとも1種の反応性官能基を有する単量体と少なくとも1種の疎水性非架橋性単量体とを共重合して得られる疎水性架橋重合体のいずれであってもよい。
当該疎水性架橋性単量体としては、単量体1分子中にビニル基を2個以上有するものであれば特に限定されず、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート等のジ(メタ)アクリル酸エステル、トリメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタントリ(メタ)アクリレート等のトリ(メタ)アクリル酸エステル若しくはテトラ(メタ)アクリル酸エステル、又はジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、ジビニルナフタレン等の芳香族系化合物が挙げられる。なお、本明細書において上記(メタ)アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートを意味し、(メタ)アクリルとは、アクリル又はメタクリルを意味する。
当該反応性官能基を有する単量体としては、グリシジル(メタ)アクリレート、イソシアネートエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
当該疎水性非架橋性単量体としては、疎水性の性質を有する非架橋性の重合性有機単量体であれば特に限定されず、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステルや、スチレン、メチルスチレン等のスチレン系単量体が挙げられる。
当該疎水性架橋重合体が、当該疎水性架橋性単量体と当該反応性官能基を有する単量体とを共重合して得られるものである場合、該疎水性架橋重合体における該疎水性架橋性単量体に由来するセグメントの含有割合の好ましい下限は10重量%、より好ましい下限は20重量%である。
本発明で用いるイオン交換クロマトグラフィー用充填剤は、当該基材粒子の表面に、当該強カチオン性基と当該弱カチオン性基とを有する重合体層を有するものであることが好ましい。また、該強カチオン性基と該弱カチオン性基とを有する重合体において、該強カチオン性基と該弱カチオン性基とはそれぞれ独立した単量体に由来するものであることが好ましい。具体的には、本発明で用いるイオン交換クロマトグラフィー用充填剤は、当該疎水性架橋重合体粒子と、該疎水性架橋重合体粒子の表面に共重合された該強カチオン性基を有する親水性重合体の層とからなる被覆重合体粒子の表面に、該弱カチオン性基が導入されたものであることが好適である。
当該強カチオン性基を有する親水性重合体は、該強カチオン性基を有する親水性単量体から構成されるものであり、1種以上の該強カチオン性基を有する親水性単量体に由来するセグメントを含有すればよい。すなわち、該強カチオン性基を有する親水性重合体を製造する方法としては、該強カチオン性基を有する親水性単量体を単独で重合させる方法、2種以上の該強カチオン性基を有する親水性単量体を共重合させる方法、該強カチオン性基を有する親水性単量体と該強カチオン性基を有しない親水性単量体とを共重合させる方法、などが挙げられる。
当該強カチオン性基を有する親水性単量体としては、4級アンモニウム基を有するものであることが好ましい。具体的には、例えば、メタクリル酸エチルトリメチルアンモニウムクロリド、メタクリル酸エチルトリエチルアンモニウムクロリド、メタクリル酸エチルジメチルエチルアンモニウムクロリド、メタクリル酸エチルジメチルベンジルアンモニウムクロリド、アクリル酸エチルジメチルベンジルアンモニウムクロリド、アクリル酸エチルトリメチルアンモニウムクロリド、アクリル酸エチルトリエチルアンモニウムクロリド、アクリル酸エチルジメチルエチルアンモニウムクロリド、アクリルアミドエチルトリメチルアンモニウムクロリド、アクリルアミドエチルトリエチルアンモニウムクロリド、アクリルアミドエチルジメチルエチルアンモニウムクロリド、などが挙げられる。
当該疎水性架橋重合体の表面に該強カチオン性基を有する親水性重合体の層を形成させる方法としては、該疎水性架橋重合体の表面に該強カチオン性基を有する親水性単量体を共重合させる方法が挙げられる。
当該被覆重合体粒子の表面に弱カチオン性基を導入する方法としては、公知の方法を用いることができる。具体的には例えば、該弱カチオン性基として3級アミノ基を導入する方法としては、グリシジル基を有する単量体に由来するセグメントを有する疎水性架橋重合体粒子の表面に、該強カチオン性基を有する親水性単量体を共重合し、次いで該グリシジル基に3級アミノ基を有する試薬を反応させる方法;イソシアネート基を有する単量体に由来するセグメントを有する疎水性架橋重合体粒子の表面に、該強カチオン性基を有する親水性単量体を共重合し、次いで、該イソシアネート基に3級アミノ基を有する試薬を反応させる方法;当該疎水性架橋重合体粒子の表面において該強カチオン性基を有する親水性単量体と3級アミノ基を有する単量体とを共重合する方法;3級アミノ基を有するシランカップリング剤を用いて該強カチオン性基を有する親水性重合体の層を有する被覆重合体粒子の表面に3級アミノ基を導入する方法;カルボキシ基を有する単量体に由来するセグメントを有する疎水性架橋重合体粒子の表面に、該強カチオン性基を有する親水性単量体を共重合し、次いで、該カルボキシ基と3級アミノ基を有する試薬とを、カルボジイミドを用いて縮合させる方法;エステル結合を有する単量体に由来するセグメントを有する疎水性架橋重合体粒子の表面に、該強カチオン性基を有する親水性単量体を共重合し、該エステル結合部を加水分解し、次いで、該加水分解によって生成したカルボキシ基と3級アミノ基を有する試薬とを、カルボジイミドを用いて縮合させる方法、などが挙げられる。なかでも、グリシジル基を有する単量体に由来するセグメントを有する疎水性架橋重合体粒子の表面に該強カチオン性基を有する親水性単量体を共重合し、次いで、該グリシジル基に3級アミノ基を有する試薬を反応させる方法や、イソシアネート基を有する単量体に由来するセグメントを有する疎水性架橋重合体粒子の表面に該強カチオン性基を有する親水性単量体を共重合し、次いで、該イソシアネート基に3級アミノ基を有する試薬を反応させる方法が好ましい。
グリシジル基やイソシアネート基等の反応性官能基に反応させる、3級アミノ基を有する試薬としては、3級アミノ基と該反応性官能基に反応可能な官能基とを有する試薬であれば、特に限定されない。当該反応性官能基に反応可能な官能基としては、例えば、1級アミノ基、水酸基等が挙げられる。なかでも、末端に1級アミノ基を有している基が好ましい。当該官能基を有する具体的な3級アミノ基を有する試薬としては、N,N−ジメチルアミノメチルアミン、N,N−ジメチルアミノエチルアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、N,N−ジメチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノエチルアミン、N,N−ジエチルアミノプロピルアミン、N,N−ジエチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノペンチルアミン、N,N−ジエチルアミノヘキシルアミン、N,N−ジプロピルアミノブチルアミン、N,N−ジブチルアミノプロピルアミンなどが挙げられる。
当該強カチオン性基、好ましくは4級アンモニウム塩と、当該弱カチオン性基、好ましくは3級アミノ基との相対的な位置関係は、該強カチオン性基が該弱カチオン性基よりも基材粒子の表面から遠い位置、即ち外側にあることが好ましい。例えば、該弱カチオン性基は基材粒子表面から30Å以内にあり、該強カチオン性基は基材粒子表面から300Å以内で、かつ、弱カチオン性基よりも外側にあることが好ましい。
本発明で用いるイオン交換クロマトグラフィー用充填剤に使用される当該基材粒子の平均粒子径は、特に限定されないが、好ましい下限は0.1μm、好ましい上限は20μmである。当該平均粒子径が0.1μm未満であると、カラム内が高圧になりすぎて分離不良を起こすことがある。当該平均粒子径が20μmを超えると、カラム内のデッドボリュームが大きくなりすぎて分離不良を起こすことがある。なお本明細書において、平均粒子径とは体積平均粒子径を示し、粒度分布測定装置(AccuSizer780/Particle Sizing Systems社製など)を用いて測定することができる。
当該イオン交換クロマトグラフィーカラムへの試料注入量は、特に限定されず、カラムのイオン交換容量及び試料濃度に応じて適宜調整すればよい。流速は0.1mL/minから3.0mL/minが好ましく、0.5mL/minから1.5mL/minがより好ましい。流速が遅くなると分離の向上が期待できるが、遅くなりすぎると分析に長時間を要したり、ピークのブロード化による分離性能の低下を招く恐れがある。逆に流速が早くなると分析時間の短縮という面においてはメリットがあるが、ピークが圧縮されるため分離性能の低下を招く。よって、カラムの性能によって適宜調整されるパラメータではあるが、当該流速の範囲に設定することが望ましい。各サンプルの保持時間は、各サンプルについて予備実験を行うことによって予め決定することができる。送液方法はリニアグラジエント溶出法やステップワイズ溶出法など公知の送液方法を用いることができるが、本発明における送液方法としてはリニアグラジエント溶出法が好ましい。グラジエント(勾配)の大きさは、溶出に用いる溶離液を0%から100%の範囲で、カラムの分離性能及び分析対象物(ここでは上記増幅工程で得られた増幅産物DNA)の特性に合わせ適宜調整すればよい。
本発明で行われるイオン交換クロマトグラフィーに用いる溶離液の組成としては、公知の条件を用いることができる。
当該溶離液に用いる緩衝液としては、公知の塩化合物を含む緩衝液類や有機溶媒類を用いることが好ましい。具体的には、例えば、トリス塩酸緩衝液、トリスとEDTAからなるTE緩衝液、トリスとホウ酸とEDTAからなるTBA緩衝液などが挙げられる。
当該溶離液のpHは特に限定されないが、好ましい下限は5、好ましい上限は10である。この範囲に設定することで、当該弱カチオン性基も効果的にイオン交換基(アニオン交換基)として働くと考えられる。該溶離液のpHのより好ましい下限は6、より好ましい上限は9である。
当該溶離液に含まれる塩としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム等のハロゲン化物とアルカリ金属とからなる塩;塩化カルシウム、臭化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム等のハロゲン化物とアルカリ土類金属とからなる塩;過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等の無機酸塩、などを用いることができる。また、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、コハク酸ナトリウム、コハク酸カリウム等の有機酸塩を用いることもできる。当該塩は、いずれか単独又は組み合わせて使用され得る。
当該溶離液の塩濃度としては、分析条件に合わせ適宜調整すればよいが、好ましい下限は10mmol/L、好ましい上限は2000mmol/Lであり、より好ましい下限は100mmol/L、より好ましい上限は1500mmol/Lである。
さらに、当該溶離液には、分離性能をさらに高めるためにアンチカオトロピックイオンが含まれている。アンチカオトロピックイオンは、カオロトピックイオンとは逆の性質を有し、水和構造を安定化させる働きがある。そのため、充填剤と核酸分子との間の疎水性相互作用を強める効果がある。本発明で用いるイオン交換クロマトグラフィーの主たる相互作用は静電的相互作用であるが、加えて、疎水性相互作用の働きも利用することにより分離性能が高まる。
当該溶離液に含まれるアンチカオトロピックイオンとしては、リン酸イオン(PO4 3-)、硫酸イオン(SO4 2-)、アンモニウムイオン(NH4 +)、カリウムイオン(K+)、ナトリウムイオン(Na+)などが挙げられる。これらのイオンの組合せの中でも、硫酸イオン及びアンモニウムイオンが好適に用いられる。当該アンチカオトロピックイオンは、いずれか単独又は組み合わせて使用され得る。なお、当該アンチカオトロピックイオンの一部には、上記溶離液に含まれる塩や緩衝液の成分が含まれ得る。このような成分は、溶離液に含まれる塩としての性質又は緩衝能と、アンチカオトロピックイオンとしての性質の両方を具備するので、本発明には好適である。
当該溶離液に含まれるアンチカオトロピックイオンの濃度は、分析対象物に合わせて適宜調整すればよいが、アンチカオトロピック塩として2000mmol/L以下であることが望ましい。具体的には、アンチカオトロピック塩の濃度を0〜2000mmol/Lの範囲でグラジエント溶出させる方法を挙げることができる。従って、クロマトグラフィー分析開始時のアンチカオトロピック塩の濃度は0mmol/Lである必要はなく、また、分析終了時のアンチカオトロピック塩の濃度も2000mmol/Lである必要はない。当該グラジエント溶出の方法は、低圧グラジエント法であっても高圧グラジエント法であってもよいが、高圧グラジエント法による精密な濃度調整を行いながら溶出させる方法が好ましい。
当該アンチカオトロピックイオンは、溶出に用いる溶離液のうちの1種のみに添加してもよいが、複数種の溶離液に添加してもよい。また当該アンチカオトロピックイオンは、充填剤とDNAとの間の疎水性相互作用を強める効果又は緩衝能と、増幅産物DNAをカラムから溶出させる効果との両方の役割を備えていても良い。
本発明で用いるイオン交換クロマトグラフィーにおいて、上記増幅工程で得られた増幅産物DNAを分析する際のカラム温度は、好ましくは30℃以上であり、より好ましくは40℃以上であり、さらに好ましくは45℃以上、なお好ましくは60℃以上である。該カラム温度が30℃未満であると、充填剤と該増幅産物DNAとの間の疎水性相互作用が弱くなり、所望の分離効果を得ることが難しくなる。一方、イオン交換クロマトグラフィーのカラム温度がより高くなると、メチル化DNA由来の増幅産物と非メチル化DNA由来の増幅産物とがより明瞭に分離される。該カラム温度が60℃以上では、メチル化DNA由来の増幅産物と非メチル化DNA由来の増幅産物の間でのクロマトグラフィー検出シグナルのピークの保持時間の差が広がり、かつそれぞれのピークもより明瞭になるので、より精度のよいDNAのメチル化の検出及びHCCのリスクの評価が可能になる。
一方、イオン交換クロマトグラフィーのカラム温度が90℃以上になると、増幅産物DNAの二本鎖が乖離するため分析上好ましくない。さらに、カラム温度が100℃以上になると、溶離液の沸騰が生じる恐れがあるため分析上好ましくない。したがって、本発明で用いるイオン交換クロマトグラフィーにおいて、増幅産物DNAを分析する際のカラム温度は、30℃以上90℃未満であればよく、好ましくは40℃以上90℃未満であり、より好ましくは45℃以上90℃未満であり、さらに好ましくは55℃以上90℃未満であり、さらに好ましくは60℃以上90℃未満であり、さらに好ましくは55℃以上85℃以下であり、なお好ましくは60℃以上85℃以下である。
MGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトのメチル化は、HCCのリスクを評価するための指標として用いることができる(特許文献1;特開2010−148426号公報; Int J Cancer, 2009, 125, 2854-2862; Int J Cancer, 2011, 129, 1170-1179)。したがって、該MGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含むサンプルDNAのメチル化レベルに基づいて、HCCのリスクを評価することができる。本発明において、サンプルDNAのメチル化レベルは、上記イオン交換クロマトグラフィー分析で得られた検出シグナルのピーク形状の違いとして現れる。
DNAを亜硫酸水素塩処理した場合、該DNA中の非メチル化・BR>Vトシンはウラシルに変換されるが、メチル化シトシンはシトシンのままである。該亜硫酸水素塩処理したDNAを増幅すると、非メチル化シトシン由来のウラシルは、さらにチミンに置き換わるため、メチル化DNAと非メチル化DNAとの間で、シトシンとチミンの存在比率に差が生じる。そのため、増幅されたDNAは、メチル化に応じた異なる配列を有する。当該異なる配列を有するDNAをイオン交換クロマトグラフィーにかけると、その配列の違いに応じた異なるシグナルを示すクロマトグラムが得られる。
より詳細には、上記イオン交換クロマトグラフィー分析において、DNAのメチル化レベルの高さは、検出シグナルのピークの保持時間に反映される。例えば、該イオン交換クロマトグラフィー分析において、100%メチル化DNAと非メチル化DNAは、それぞれ独立のピークとして検出することができ、典型的には、メチル化DNAのピークは、非メチル化DNAのピークよりも短い保持時間で出現する(特許文献2参照)。したがって、サンプルDNA中にメチル化したDNAが存在しないか又はその量が微量である場合、該クロマトグラフィーの検出シグナルのピークは、非メチル化DNAのピークのみが現れる一峰の形状となる。他方、サンプルDNA中でメチル化DNAの比率が増加した場合、より短い保持時間でメチル化DNAのピークが別途出現し、該検出シグナルは、メチル化DNAのピークと非メチル化DNAのピークとを有する二峰性の形状となる。このとき、サンプルDNA中のDNAがメチル化している割合が低ければ、二峰目のメチル化DNAのピークは、一峰目の非メチル化DNAのピークの斜面上の膨らみ又は肩として現れ得る。さらにメチル化DNAの割合が上がると、二峰目のピークが明瞭に現れ得る。さらにメチル化DNAの割合が上がってメチル化DNAが優位になると、一峰目のピークは小さくなり、二峰目のピークの斜面上の膨らみ又は肩として現れ得る。さらにDNAのメチル化が進み、サンプルDNAがほぼ完全にメチル化されると、該検出シグナルのピークは、メチル化DNAのピークのみが現れる一峰の形状となる。このように、サンプルDNAのイオン交換クロマトグラフィー分析で得られたシグナルのピーク形状は、該サンプルDNAのメチル化レベルを表す。
当該サンプルDNAのクロマトグラフィー分析で得られたシグナルのピーク形状は、そのDNAメチル化レベルを反映し、HCCのリスクとの間に関連性を有する。したがって、本発明によるイオン交換クロマトグラフィーの検出シグナルのピークの形状に基づいて、被験体のHCCの発症リスクを評価することができる。該検出シグナルのピークの中にメチル化DNAのピークの成分が多いほど、肝臓組織でがん化が進行し、被験体のHCCのリスクがより高いことを表す。他方、該検出シグナルのピークの中に非メチル化DNAのピークの成分が多いほど、肝臓組織でがん化が進行しておらず、被験体のHCCのリスクがより低いことを表す。
本発明の好ましい実施形態においては、該イオン交換クロマトグラフィーの検出シグナルのピークの形状が一峰であるか二峰性であるかが判断される。ここで一峰とは、メチル化DNAのピークが一峰のピークとして現れていることをいう。ピークの形状が一峰であるか二峰性であるかの判断は、該検出シグナルを保持時間に対してプロットした曲線の形状から判断してもよく、あるいは、より精密な分析のために、該検出シグナルの微分値に基づいて判断してもよい。例えば、検出シグナルの一次微分値を保持時間に対してプロットしたときに、2つ以上の極大値を有する曲線で表される場合、該検出シグナルのピークの形状は二峰性であると判断される。
本発明の一実施形態においては、該クロマトグラフィーの検出シグナルのピークの形状に基づいて、該サンプルDNAがHCCの発症リスクが高い被験体から得られたDNAであるか否かを判定する。好ましくは、該ピークが一峰である場合、該サンプルDNAはHCCの発症リスクが高い被験体から得られたDNAであると判定され、該ピークが二峰性である場合、該サンプルDNAはHCCの発症リスクが低い被験体から得られたDNAであると判定される。
本発明の別の一実施形態においては、該クロマトグラフィーの検出シグナルのピークの形状に基づいて、該被験体がHCCの発症リスクが高い被験体であるか否かを判定する。好ましくは、該ピークが一峰である場合、該被験体はHCCの発症リスクが高い被験体であると判定され、該ピークが二峰性である場合、該被験体はHCCの発症リスクが低い被験体であると判定される。
該クロマトグラフィーによる検出シグナルのピークの有無を判定する方法としては、既存のデータ処理ソフトウェア、例えばLCsolution(島津製作所)、GRAMS/AI(サーモフィッシャーサイエンティフィック社)、Igor Pro(WaveMetrics社)などを用いたピーク検出が挙げられる。LCsolutionを用いたピークの有無の判定方法を例示する。具体的には、まずピークを検出させたい保持時間の区間を指定する。次に、ノイズなど不要なピークを除去するために、各種パラメータを設定する。例えば、パラメータ「WIDTH」を不要なピークの半値幅よりも大きくする、パラメータ「SLOPE」を不要なピークの立ち上り傾斜より大きくする、パラメータ「DRIFT」の設定を変えることにより分離度の低いピークを垂直分割するかベースライン分割するか選択する、などが挙げられる。パラメータの値は、分析条件、分析するDNAの種類や量などにより、異なるクロマトグラムが得られるため、クロマトグラムに応じて適切な値を設定すればよい。
検出シグナルの微分値は、上述したデータ処理ソフトウェアで自動的に計算することができる。あるいは、表計算ソフト(例えば、Microsoft(登録商標)Excel(登録商標))などにより、該微分値を計算することができる。
クロマトグラフィーの検出シグナルの微分値を算出する時間範囲は、適宜設定することができる。また一次微分値の極大値を検出する時間範囲も、適宜設定することができる。例えば、該検出シグナルのピーク曲線の立ち上がりから終わりまでの時間範囲で、その一次微分値の極大値を検出することができる。
本発明においては、上記サンプルDNAについてのクロマトグラフィーの検出シグナルを、対照DNAについての検出シグナルと比較することができる。対照DNAには、サンプルDNAと配列が同じでかつメチル化レベルが既知(例えば、0%又は100%)であるDNAが用いられる。
例えば、0%メチル化対照(陰性対照)についての検出シグナルは、サンプルDNAと配列は同じであるがメチル化していないDNAを用いて、上述した手順で亜硫酸水素塩処理、核酸増幅、及びイオン交換クロマトグラフィーを行うことよって獲得することができる。また例えば、100%メチル化対照(陽性対照)についての検出シグナルは、サンプルDNAと配列は同じでかつ100%メチル化しているDNAを用いて、上述した手順で亜硫酸水素塩処理、核酸増幅、及びイオン交換クロマトグラフィーを行うことによって獲得することができる。あるいは、陰性対照及び陽性対照についての検出シグナルは、それぞれ、メチル化率が0%及び100%であるサンプルDNAを亜硫酸水素塩処理及び核酸増幅させて得られるDNA配列を合成し、次いで、これをイオン交換クロマトグラフィーに供することによって獲得することができる。
サンプルDNA中に含まれる非メチル化DNAは、陰性対照と同等の保持時間を有するピークとして現れる。一方で、サンプルDNAに含まれるメチル化DNAに由来するピークの保持時間は、そのメチル化レベルに応じて、陽性対照のピークの方へ移動するはずである。サンプルDNAのピークの保持時間を、陰性対照又は陽性対照と比較することで、非メチル化DNA又はメチル化DNAを含むサンプルDNAからのシグナルが正しく取得されたことを確認することができる。この手順は、サンプルDNAの調製やその後の処理工程における操作ミスに起因する判定エラーの防止のために有効であり得る。ただしこの手順は、特にサンプルDNAから明瞭な一峰又は二峰性のピークが得られている場合、必ずしも必要ではない。
本発明によるHCCのリスクを評価する方法は、DNAメチル化の検出にイオン交換クロマトグラフィーを用いているため、パイロシークエンシング等でDNAメチル化を検出する従来法(例えば特許文献1)と比較して、非常に簡便かつ迅速な方法である。さらに驚くべきことに、本発明においては、MGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトのメチル化を指標とすることで、顕著に高い感度及び特異性でのHCCのリスクの評価を可能にした。後述の実施例に示すとおり、イオン交換クロマトグラフィーによるDNAメチル化の検出を用いたHCCのリスク評価では、メチル化を検出する標的DNAとしてMGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含むDNA(Liv25領域;配列番号1)を選択した場合、その近傍のCpGサイト(MGRN1遺伝子のイントロン領域のCpGサイト)を含むDNA(Liv27領域;配列番号2)、又は異なる遺伝子(KDM4B)のCpGサイトを含むDNA(Liv28領域;配列番号3)と比べて、感度及び特異性が顕著に向上した。当該近傍のCpGサイト及びKDM4B遺伝子のCpGサイトは、パイロシークエンシングによるHCCリスク評価では100%の感度及び特異性を達成した部位である(特許文献1、表4を参照)。しかしながら、これらの2つの部位はいずれも、イオン交換クロマトグラフィーによる評価では感度又は特異性を大きく低下させた。これに対し、MGRN1遺伝子のエクソン領域CpGサイトを含むDNAは、本発明によるイオン交換クロマトグラフィーによるHCCリスク評価でも、パイロシークエンシングを用いた方法と同等の極めて高い感度及び特異性を達成した。したがって、本発明によるHCCのリスク評価方法は、迅速さ、簡便さと、極めて高い感度及び特異性とを両立させることができる優れた方法である。
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
〔方法〕
(1)患者及び検体
肝炎ウィルス(HBV又はHCV)感染歴があり、HCCを有する患者から摘出された非がん肝臓組織(N群)36サンプル、ならびに肝炎ウィルス感染歴及びHCCを有さない患者から摘出された健常肝臓組織(C群)36サンプルを検体とした。
(2)DNAの調製
前記患者から得た新鮮凍結組織サンプルを、フェノール−クロロホルムにて処理し、次いで透析を施すことによって、高分子量DNAを抽出した(Sambrook,J.ら、モレキュラークローニング:実験マニュアル 第3版、コールドスプリングハーバー出版、NY、6.14〜6.15ページ 参照)。得られたDNA500ngを、EZ DNA Methylation−GoldTMキット(Zymo Research社製)を用い、亜硫酸水素塩処理に供した。
(3)PCR増幅
(2)で得られた亜硫酸水素塩処理ゲノムDNAをPCR増幅した。PCRでは、ゲノムDNA中のCpGサイトを含む以下の3つの異なる領域を増幅した。
Liv25領域:MGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含むDNA領域
Liv27領域:Liv25領域の近傍のCpGサイト(MGRN1遺伝子のイントロン領域のCpGサイト)を含むDNA領域
Liv28領域:異なる遺伝子(KDM4B)のCpGサイトを含むDNA領域
増幅された領域(亜硫酸水素塩処理前の配列)及び増幅に用いたプライマーのヌクレオチド配列を表1に示す。それぞれの領域について、同じ配列でメチル化率0%のDNA(陰性対照)及びメチル化率100%のDNA(陽性対照)を調製し、同様の手順で亜硫酸水素塩処理の後PCR増幅した。
PCR反応液(50μL)の組成:鋳型DNA 75ng、1×QIAGEN PCR buffer(QIAGEN社製)、200μmol/L dNTP Mix(TOYOBO社製)、2.5U HotStartTaq Plus DNA Polymerase(QIAGEN社製)、0.2μmol/L forward及びreverseプライマー。PCR条件は、以下のとおりとした:
Liv25:
[94℃1分→64℃1分→72℃1分]×5サイクル→[94℃1分→62℃1分→72℃1分]×5サイクル→[94℃1分→60℃1分→72℃1分]×5サイクル→[94℃1分→58℃1分→72℃1分]×35サイクル
Liv27:
[94℃1分→56℃1分→72℃1分]×50サイクル
Liv28:
[94℃1分→56℃1分→72℃1分]×50サイクル
PCR終了後、予めethidium bromideを添加した3%アガロースゲルに、反応液5μLにloading dye solution 1μLを混ぜたものをアプライして電気泳動し、目的のPCR増幅産物が得られたことを確認した。
(4)アニオン交換カラムの調製
攪拌機付き反応器中の3重量%ポリビニルアルコール(日本合成化学社製)水溶液2000mLに、テトラエチレングリコールジメタアクリレート(新中村化学工業社製)200g、トリエチレングリコールジメタアクリレート(新中村化学工業社製)100g、グリシジルメタクリレート(和光純薬工業社製)100g及び過酸化ベンゾイル(キシダ化学社製)1.0gの混合物を添加した。攪拌しながら加熱し、窒素雰囲気下にて80℃で1時間重合した。次に、強カチオン性基を有する親水性単量体として、メタクリル酸エチルトリメチルアンモニウムクロリド(和光純薬工業社製)100gをイオン交換水に溶解した。これを同じ反応器に添加して、同様にして、攪拌しながら窒素雰囲気下にて80℃で2時間重合した。得られた重合組成物を水及びアセトンで洗浄することにより、4級アンモニウム基を有する親水性重合体の層を表面に有する被覆重合体粒子を得た。得られた被覆重合体粒子について、粒度分布測定装置(AccuSizer780/Particle Sizing Systems社製)を用いて測定したところ、平均粒子径は10μmであった。
得られた被覆重合体粒子10gをイオン交換水100mLに分散させ、反応前スラリーを準備した。次いで、このスラリーを撹拌しながら、弱カチオン性基を有する試薬であるN,N−ジメチルアミノプロピルアミン(和光純薬工業社製)を10mL加え、70℃で4時間反応させた。反応終了後、遠心分離機(日立製作所社製、「Himac CR20G」)を用いて上澄みを除去し、イオン交換水で洗浄した。洗浄後、遠心分離機を用いて上澄みを除去した。このイオン交換水による洗浄を更に4回繰り返し、基材粒子の表面に4級アンモニウム基と3級アミノ基とを有するイオン交換クロマトグラフィー用充填剤を得た。
得られたイオン交換クロマトグラフィー用充填剤を液体クロマトグラフィーシステムのステンレス製カラム(カラムサイズ:内径4.6mm×長さ20mm)に充填した。
(5)HPLC分析
(4)で準備したアニオン交換カラムを用いて、以下の条件でイオン交換クロマトグラフィーを行い、(3)で得られた各PCR増幅産物を分離検出した。
システム:LC−20Aシリーズ(島津製作所社製)
溶離液:溶離液A 25mmol/Lトリス塩酸緩衝液(pH7.5)
溶離液B 25mmol/Lトリス塩酸緩衝液(pH7.5)
+1mol/L硫酸アンモニウム
分析時間:分析時間は15分
溶出法:以下のグラジエント条件により溶離液Bの混合比率を直線的に増加させた。
0分(溶離液B40%)→10分(溶離液B100%)
検体:(2)で得られたPCR増幅産物
流速:1.0mL/min
検出波長:260nm
試料注入量:5μL、陰性対照及び陽性対照は2μL
カラム温度:70℃
(6)クロマトグラフィーを用いたMGRN1遺伝子エクソン領域のCpGサイトのメチル化解析によるHCCリスク評価
HCC患者由来非がん肝臓組織サンプル(N群)のMGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含むDNA(Liv25領域)から得られたHPLCクロマトグラムのうち、典型的な例を図1に示す。図1の各図には、非メチル化DNA(陰性対照)及び100%メチル化DNA(陽性対照)のクロマトグラムも重ねて表示されている。これらのN群サンプルでは、陽性対照のピークと重なる一峰性のピークのみが出現していた。またこれらのデータの一次微分値(図2)は、1つの極大値を有する曲線であった。クロマトグラムでピークに肩がでるなど、一峰でないサンプルは、一次微分値が2つの極大値を有する曲線となることで判別することができた(図示せず)。
健常肝臓組織サンプル(C群)のLiv25領域から得られたHPLCクロマトグラムのうち、典型的な例を図3に示す。図3には、非メチル化DNA(陰性対照)及び100%メチル化DNA(陽性対照)のクロマトグラムも重ねて表示されている。これらのC群サンプルでは、二峰性のピークが出現していた。陰性対照及び陽性対照との比較から、これら二峰性のピークが、100%メチル化DNAのピークと、よりメチル化率の低いDNAのピークとを含むことが推定された。またこれらのデータの一次微分値(図4)は、2つの極大値を有する曲線であった。
以上のとおり、イオン交換クロマトグラフィー分析により、HCC患者の非がん肝臓組織におけるMGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含むDNA(Liv25領域)のDNAメチル化レベルの上昇を検出することができた。また、Liv25領域についてのクロマトグラフィー分析のピークの形状は、N群とC群で明瞭に異なり、該ピークの形状に基づいてHCC患者の組織と健常組織とを区別することができた。
(7)他領域のメチル化解析によるHCCリスク評価
Liv27領域から得られたHPLCクロマトグラムも、Liv25領域と同様に、N群では一峰のピーク、C群では二峰性のピークを有する傾向がみられた。他方、Liv28領域から得られたHPLCクロマトグラムは、N群では二峰性ピーク、C群では一峰のピークを有する傾向がみられた。しかしながら、Liv27領域及びLiv28領域では、N群、C群のいずれにも上記傾向と一致しないピークが得られる場合が少なくなく、ピークの形状だけではHCC患者の組織と健常組織とを精度よく区別できないことが示唆された。
(8)HCCリスク評価の感度及び特異性の領域間比較
Liv25領域、Liv27領域及びLiv28領域のクロマトグラムを用いてHCCリスク評価を行い、その感度(陽性一致率)及び特異性(陰性一致率)を算出した。Liv25及びLiv27領域では、一峰のピークを有するクロマトグラムが得られたサンプルをHCCリスク陽性、二峰性のピークを有するクロマトグラムが得られたサンプルをHCCリスク陰性と判定した。Liv28領域では、二峰性のピークを有するクロマトグラムが得られたサンプルをHCCリスク陽性、一峰のピークを有するクロマトグラムが得られたサンプルをHCCリスク陰性と判定した。各領域についてのN群とC群におけるHCCリスク陽性及び陰性と判定されたサンプル数、ならびに評価の感度及び特異性を表2に示す。Liv25領域での評価は、感度及び特異性ともに非常に高く、他の領域と比較して顕著に高精度であった。

Claims (5)

  1. 肝細胞癌のリスクを評価する方法であって:
    (1)亜硫酸水素塩処理された、被験体の肝臓組織由来のDNAを増幅する工程であって、該DNAが、配列番号1で示されるヌクレオチド配列又は当該配列と少なくとも95%の同一性を有するヌクレオチド配列からなる、MGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含むDNAである、工程;
    (2)得られた増幅産物をアニオン交換クロマトグラフィーにかける工程;
    (3)該クロマトグラフィーの検出シグナルのピークの形状に基づいて、該DNAが肝細胞癌の発症リスクが高い被験体から得られたDNAであるか否かを判定する工程、
    を含む、方法。
  2. 肝細胞癌のリスクを評価する方法であって:
    (1)亜硫酸水素塩処理された、被験体の肝臓組織由来のDNAを増幅する工程であって、該DNAが、配列番号1で示されるヌクレオチド配列又は当該配列と少なくとも95%の同一性を有するヌクレオチド配列からなる、MGRN1遺伝子のエクソン領域のCpGサイトを含むDNAである、工程;
    (2)得られた増幅産物をアニオン交換クロマトグラフィーにかける工程;
    (3)該クロマトグラフィーの検出シグナルのピークの形状に基づいて、該被験体の肝細胞癌の発症リスクが高いか否かを判定する工程、
    を含む方法。
  3. 前記DNAが、配列番号1で示されるヌクレオチド配列、又は当該配列と少なくとも98%の同一性を有するヌクレオチド配列からなるDNAである、請求項1又は2記載の方法。
  4. 前記(3)において、前記検出シグナルのピークの形状が一峰のメチル化DNAのピークである場合は、該DNAを、肝細胞癌の発症リスクが高い被験体から得られたDNAとして選択し、前記検出シグナルのピークの形状が二峰性である場合は、該DNAを、肝細胞癌の発症リスクが低い被験体から得られたDNAとして選択する、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。
  5. 前記(3)が、前記検出シグナルのピークの保持時間を陽性対照又は陰性対照の検出シグナルのピークの保持時間と比較することで、前記メチル化DNAのピークが取得されたことを確認することを含み、
    該陽性対照の検出シグナルが、前記被験体の肝臓組織由来のDNAと同じ配列からなりかつ100%メチル化しているDNAが亜硫酸水素塩処理及び増幅されたときに得られるDNAを、アニオン交換クロマトグラフィーにかけることによって得られたものであり、
    該陰性対照の検出シグナルが、該被験体の肝臓組織由来のDNAと同じ配列からなりかつメチル化していないDNAが亜硫酸水素塩処理及び増幅されたときに得られるDNAを、アニオン交換クロマトグラフィーにかけることによって得られたものである、
    請求項4記載の方法。
JP2019528942A 2017-08-23 2018-08-23 肝細胞癌のリスク評価方法 Active JP6614630B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017160284 2017-08-23
JP2017160284 2017-08-23
PCT/JP2018/031092 WO2019039532A1 (ja) 2017-08-23 2018-08-23 肝細胞癌のリスク評価方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019039532A1 JPWO2019039532A1 (ja) 2019-11-07
JP6614630B2 true JP6614630B2 (ja) 2019-12-04

Family

ID=65439033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019528942A Active JP6614630B2 (ja) 2017-08-23 2018-08-23 肝細胞癌のリスク評価方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20200216909A1 (ja)
EP (1) EP3674405A4 (ja)
JP (1) JP6614630B2 (ja)
CN (1) CN110997915A (ja)
WO (1) WO2019039532A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102155044B1 (ko) * 2019-10-08 2020-09-11 주식회사 레피다인 생물학적 시료의 간암 조직 기원 여부를 판별하는 방법
JPWO2021117772A1 (ja) 2019-12-09 2021-06-17
JP7463944B2 (ja) * 2020-11-09 2024-04-09 株式会社島津製作所 波形処理支援装置および波形処理支援方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010148426A (ja) 2008-12-25 2010-07-08 Japan Health Science Foundation Bacクローンを用いる肝細胞癌の発生リスク評価方法及び予後予測方法
JP6054750B2 (ja) * 2011-01-28 2016-12-27 国立研究開発法人国立がん研究センター 肝細胞癌のリスク評価方法
EP2674753B1 (en) 2011-02-10 2020-05-13 Sekisui Medical Co., Ltd. Method for separating and detecting a nucleic acid strand
JP6222639B2 (ja) 2013-03-07 2017-11-01 積水メディカル株式会社 メチル化dnaの検出方法
CN111057752A (zh) * 2014-02-28 2020-04-24 国立研究开发法人国立癌研究中心 离子交换色谱的应用和pcr引物的应用
JP6807873B2 (ja) * 2015-02-24 2021-01-13 ルプレクト−カールズ−ウニベルシタット ハイデルベルク 癌の検出のためのバイオマーカーパネル

Also Published As

Publication number Publication date
CN110997915A (zh) 2020-04-10
EP3674405A1 (en) 2020-07-01
JPWO2019039532A1 (ja) 2019-11-07
US20200216909A1 (en) 2020-07-09
WO2019039532A1 (ja) 2019-02-28
EP3674405A4 (en) 2021-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106062215B (zh) 肾细胞癌的预后判定方法
JP6222639B2 (ja) メチル化dnaの検出方法
JP6614630B2 (ja) 肝細胞癌のリスク評価方法
US20230175067A1 (en) Prognosis method for renal cell cancer
EP2674753A1 (en) Filler for ion exchange chromatography and method for separating and detecting nucleic acid strand
JP6061381B2 (ja) 一塩基多型の検出方法
WO2012133834A1 (ja) 一塩基多型検出用の試料核酸、一塩基多型検出試料調製用のpcrプライマー及びイオン交換クロマトグラフィー分析に用いる一塩基多型検出用試料の調製方法
US11142801B2 (en) Tumor determination method
WO2016024634A1 (ja) インプリンティング疾患の診断に有効な染色体機能異常の判定方法
CN111050903B (zh) 甲基化dna分离和/或检测用色谱用填充剂

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190528

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20190528

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20190619

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190709

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190830

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191023

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191030

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6614630

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250