JP6636105B2 - 大腸癌に関する情報の取得方法、ならびに大腸癌に関する情報を取得するためのマーカーおよびキット - Google Patents
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Description
被験者から採取した生体試料からDNA試料を調製する工程と、
調製工程で得られたDNA試料に含まれるLONRF2(Lon peptidase N-terminal domain and ring finger 2)およびCUX2(Cut-like homeobox 2)から選択される少なくとも1つの遺伝子のプロモータ領域に存在するCpG部位のメチル化の状態を解析する工程と、
解析工程で得られた解析結果に基づいて、上記の被験者の大腸癌に関する情報を取得する工程と
を含む、大腸癌に関する情報の取得方法が提供される。
また、本発明によれば、LONRF2およびCUX2の各遺伝子のプロモータ領域に存在するCpG部位から選択される少なくとも1つのメチル化の状態を解析するためのプライマーセットを含む、大腸癌に関する情報を取得するためのキットが提供される。
さらに、本発明によれば、LONRF2またはCUX2遺伝子のプロモータ領域の全部またはその一部の連続する塩基配列からなり且つ該プロモータ領域中の少なくとも1つのCpG部位およびCpG部位を構成しない少なくとも1つのシトシンを含む単離DNAをバイサルファイト処理して得られるポリヌクレオチドである、大腸癌に関する情報を取得するためのマーカーが提供される。
DNAの断片化は、超音波処理、アルカリ処理、制限酵素処理などにより行うことができる。例えば、アルカリ処理によりDNAの断片化を行なう場合は、DNA溶液に水酸化ナトリウム溶液を終濃度0.1〜1.0 Nとなるよう添加し、10〜40℃で5〜15分間インキュベーションすることによりDNAが断片化される。また、制限酵素処理によりDNAの断片化を行なう場合、用いる制限酵素はDNAの塩基配列に基づいて適宜選択され、例えばMseIやBamHIなどが用いられる。
なお、本明細書において、「CpG部位」とは、塩基配列中のシトシン(C)とグアニン(G)とが5'から3'への方向にこの順序で隣り合った配列の部位を意味する。なお、CpGの「p」の文字は、シトシンとグアニンとの間のホスホジエステル結合を表わす。
また、本明細書において、「メチル化の状態を解析する」とは、LONRF2およびCUX2から選択される少なくとも1つの遺伝子のプロモータ領域に存在するCpG部位のメチル化の有無を解析すること、または該プロモータ領域のメチル化の頻度を解析することを意味する。
この実施形態では、解析するCpG部位は1つであってもよいが、複数のCpG部位のメチル化の有無を解析することが好ましい。なお、複数のCpG部位は、1つの遺伝子のプロモータ領域から選択してもよいし、複数の遺伝子のプロモータ領域のそれぞれの中から選択してもよい。
なお、LONRF2およびCUX2の各遺伝子のプロモータ領域に存在するCpG部位の位置および数は既知であるので、本発明の実施形態においては、該プロモータ領域におけるメチル化されたCpG部位の数自体をメチル化の頻度として利用できる。
DNAを増幅する工程としては、PCR法、定量的PCR法、IVT(in vitro transcription)増幅法、SPIA(商標)増幅法などを行う工程が挙げられる。
メチル化DNAおよび/または非メチル化DNAを検出する工程としては、電気泳動法、シークエンス解析法、マイクロアレイ解析法、質量分析法、サザンハイブリダイゼーションなどを行う工程が挙げられる。
バイサルファイトを用いる処理では、DNA中の非メチル化シトシンは、脱アミノ化反応によりウラシルに変換されるが、メチル化シトシンには、このような塩基の変換が起こらない。
したがって、DNA中のCpG部位のメチル化状態の違いは、バイサルファイトを用いる非メチル化シトシン変換処理によって、塩基配列の違い(CおよびU)に変換される。なお、バイサルファイトによる非メチル化シトシン変換処理は、バイサルファイト処理と呼ばれる。
MSP法では、解析対象のCpG部位がメチル化されている(すなわち、シトシンがウラシルに変換されていない)塩基配列は増幅できるが、CpG部位がメチル化されていない(すなわち、該シトシンがウラシルに変換されている)塩基配列は増幅できないプライマーセットを用いる。このようなプライマーセットを用いるMSP法では、PCR産物が存在する場合に、解析対象のCpG部位がメチル化されていることがわかる。
また、MSP法は、解析対象のCpG部位のシトシンがウラシルに変換されていない塩基配列は増幅できないが、CpG部位のシトシンがウラシルに変換されている塩基配列は増幅できるプライマーセットを用いて行なうこともできる。この場合、PCR産物が存在しない場合に、解析対象のCpG部位がメチル化されていることがわかる。
また、本発明の別の実施形態では、解析工程で得られたメチル化の頻度が所定の閾値より高いという結果が得られた場合、そのような情報を取得することができる。
より具体的には、生体試料中に大腸癌由来の癌細胞が存在するという情報を取得することができる。あるいは、被験者が大腸癌になる危険性が高いという情報、または大腸癌がすでに発生しているという情報を取得することができる。また、被験者に大腸癌が発生しているならば、被験者の予後が不良である(もしくは、悪い)という情報、または癌の状態がより進行したステージであるという情報を取得することができる。
本発明の実施形態では、被験者から採取した生体試料から調製したDNA試料におけるマーカーのメチル化状態を解析し、得られた解析結果に基づいて該被験者の大腸癌に関する情報を取得することができる。なお、メチル化状態の解析および大腸癌の情報の取得については、これまでに述べたことと同様である。
該メモリには、下記のステップ:
被験者由来のDNA試料に含まれるLONRF2およびCUX2から選択される少なくとも1つの遺伝子のプロモータ領域に存在するCpG部位のメチル化の状態の解析結果を取得するステップと、
得られた解析結果に基づいて、上記の被験者の大腸癌に関する情報を提供するステップと
を該コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムが記録されている、
被験者における大腸癌に関する情報の提供に適するシステム。
該媒体には、下記のステップ:
被験者由来のDNA試料に含まれるLONRF2およびCUX2から選択される少なくとも1つの遺伝子のプロモータ領域に存在するCpG部位のメチル化の状態の解析結果を取得するステップと、
得られた解析結果に基づいて、上記の被験者の大腸癌に関する情報を提供するステップと
を該コンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムが記録されている、
被験者における大腸癌に関する情報の提供をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム製品。
(1)メチル化データの取得
本参考例では、大腸癌の癌部組織(324検体)および非癌部大腸粘膜組織(40検体)について、TCGA(The Cancer Genome Atlas:http://tcga-data.nci.nih.gov/tcga/tcgaHome2.jsp)において公開されているInfinium HumanMethylation450 BeadChip(Illumina社)のメチル化データを取得した。
Infinium HumanMethylation450 BeadChipには、ヒトのゲノム上にある482,421ヶ所のCpG部位のメチル化状態を定量できるようプローブが配置されている。各CpG部位ごとでメチル化用DNA断片と非メチル化DNA断片のシグナル強度をプローブに対するハイブリダイゼーションおよび一塩基伸長反応でそれぞれ定量できるよう設計されている。約55%に相当する265,824プローブは、遺伝子の転写開始点より5kb以内の領域を標的としている(1遺伝子あたり平均10.1プローブ)。本参考例では、CpG部位のメチル化用プローブのシグナル強度(シグナルM)と非メチル化用プローブのシグナル強度(シグナルU)とをBeadArray Readerで検出し、以下の計算式により各遺伝子のCpG部位のメチル化率(mCpG)を算出した。
(mCpG)=(シグナルM)/(シグナルM)+(シグナルU)
メチル化陽性率(%)=(メチル化陽性検体数/総検体数)×100
Infinium HumanMethylation450 BeadChip(Illumina社)を用いたデータマイニングの結果、LONRF2およびCUX2の各遺伝子のプロモータ領域が、大腸癌の癌部組織に高度にメチル化が認められるマーカーとして同定された(図1AおよびB参照)。以降、これらのマーカーを本発明のマーカーとも呼ぶ。
(1)メチル化データの取得
本参考例では、7種類の癌/腫瘍組織検体、7種類の非癌部組織検体および19種類の正常組織検体のメチル化データを比較した。なお、各組織の検体数を以下の表に示す。
・論文2:Reinius LEら、Differential DNA Methylation in Purified Human Blood Cells: Implications for Cell Lineage and Studies on Disease Susceptibility, PLoS One, 7(7) e41361
各遺伝子のメチル化率(mCpG)の値について、閾値を「0.4」に設定し、メチル化率の値がこの閾値と同じか、またはこの閾値よりも高い検体を「メチル化陽性検体」とした。メチル化陽性検体の数に基づいて、各種の組織における本発明のマーカーのメチル化陽性率(%)を上記の式により算出した。結果を図2AおよびBに示す。なお、図2において、「正常組織」とは、表4に示される組織のうち、各種の正常血球成分60検体を除く正常組織を表し、「正常血球」とは各種の正常血球成分60検体を表す。
大腸癌由来の癌細胞においてメチル化されていることが既に知られているCDKN2AおよびMLH1の各遺伝子(以下、「既知マーカー」という)について、参考例2と同様にして各組織におけるメチル化陽性率を算出した。結果を図3AおよびBに示す。
(1)生体試料
本実施例では、生体試料として、大腸癌患者から採取した癌部組織(5検体)を用いた。また、対照として、正常大腸粘膜組織(2検体)および大腸非癌部組織(2検体)を用いた。
(i)ゲノムDNAの抽出
上記の各組織からゲノムDNAを、QIAamp DNA Mini Kit(QIAGEN社)を用いて抽出した。得られたDNA溶液に含まれるゲノムDNAを、Bioruptor(COSMO BIO社製)によって断片化した。また、対照用ゲノムDNAとして、ヒト末梢血リンパ球のゲノムDNAを用いた。このヒト末梢血リンパ球のゲノムDNAを、GenomiPhi v2DNA amplificationキット(GEヘルスケアライフサイエンス社)を用いて増幅した。得られた増幅産物は非メチル化DNAからなる。次いで、該増幅産物をBioruptor(COSMO BIO社製)により断片化して、非メチル化DNA断片(0%メチル化DNA)の溶液を得た。この非メチル化DNA断片の溶液の一部を取り、これにSssIメチラーゼ(New England Biolab社)を反応させることによりCG配列にある全てのシトシンをメチル化させて、メチル化DNA断片(100%メチル化DNA)の溶液を得た。
(ii)バイサルファイト処理
上記で得られた各DNA断片(500 ng)を、EZ DNA Methylation Kit(Zymo Research社)を用いてバイサルファイト処理を行い、処理後のゲノムDNAを滅菌蒸留水(80μl)に溶出した。
上記(2)で得られた測定用試料および対照試料(バイサルファイト処理後のDNA)を用いて、MSPを行った。MSPで用いたPCR試薬の組成、プライマーセットおよびPCRの反応条件を以下に示す。
<PCR試薬>
DDW(滅菌水) 16.75μL
10×PCR buffer with MgCl2(Roche社) 2.5μL
2mM dNTP mix 2.5μL
10μMセンスプライマー 1.0μL
10μMアンチセンスプライマー 1.0μL
Faststart Taq polymerase(Roche社) 0.25μL
測定用試料または対照試料 1.0μL
トータル 25μL
上記のMSPで用いたプライマーセットを表5に示す。これらのプライマーセットは、増幅対象の領域のDNAがメチル化している場合に増幅産物を得ることができるプライマーセット(以下、「メチル化検出用プライマーセット」とも呼ぶ)である。また、精度管理用プライマーセットとして、バイサルファイト処理が適切に行なわれたか否かを判定するためのプライマーセットも用いた(表6参照)。なお、LONRF2およびCUX2のメチル化検出用プライマーセットで増幅される領域のバイサルファイト変換後の塩基配列を、それぞれ配列番号9および10で示した。ここで、配列番号9および10の塩基配列は、各メチル化検出用プライマーセットで増幅される領域に存在する全てのCpG部位がメチル化している場合の塩基配列を表す。
95℃で6分、
95℃で30秒、X℃で30秒、72℃で30秒をYサイクル、
72℃で7分、
16℃で放置。
なお、上記の反応条件において「X」および「Y」はそれぞれ、表5および6に示されるアニーリング温度およびサイクル数を表す。
上述のMSPで得られた増幅産物を2%アガロースゲル電気泳動で確認した。結果を図4に示す。なお、図中で「control」として示されている「0」および「100」はそれぞれ0%メチル化対照試料および100%メチル化対照試料を表す。
(1)生体試料
本実施例では、生体試料として、大腸癌患者から採取した末梢血(6検体)を用いた。また、対照として、健常人から採取した末梢血(3検体)を用いた。
(i)ゲノムDNAの抽出
上記の各末梢血(2ml)から常法により血漿を得た。得られた各血漿からゲノムDNAを、QIAamp Circulating Nucleic Acid Kit(QIAGEN社)を用いて抽出した。また、対照用ゲノムDNAとして、ヒト末梢血リンパ球のゲノムDNAを用いた。実施例1と同様にして、このヒト末梢血リンパ球のゲノムDNAから、非メチル化DNA断片(0%メチル化DNA)の溶液およびメチル化DNA断片(100%メチル化DNA)の溶液を得た。
(ii)バイサルファイト処理
上記で得られた各DNA断片(500 ng)を、EZ DNA Methylation Kit(Zymo Research社)を用いてバイサルファイト処理を行い、処理後のゲノムDNAを滅菌蒸留水(80μl)に溶出した。
上記(2)で得られた測定用試料および対照試料(バイサルファイト処理後のDNA)を用いて、MSPを行った。なお、本実施例のMSPで用いたプライマーセットは実施例1と同じである。PCR試薬の組成およびPCRの反応条件を以下に示す。
<PCR試薬>
DW(滅菌水) 10.88μL
10×PCR buffer with MgCl2(Roche社) 1.5μL
10 mM dNTP mix 0.3μL
10μMセンスプライマー 0.6μL
10μMアンチセンスプライマー 0.6μL
Faststart Taq polymerase(Roche社) 0.12μL
測定用試料または対照試料 1.0μL
トータル 15μL
95℃で6分、
95℃で30秒、60℃で30秒、72℃で30秒をYサイクル、
72℃で7分、
16℃で放置。
なお、上記の反応条件において「Y」は、CUX2およびLONRF2のプライマーセットについては50(サイクル)であり、精度管理用プライマーセットについては45(サイクル)である。
上述のMSPで得られた増幅産物を2%アガロースゲル電気泳動で確認した。結果を図5に示す。なお、図中で「control」として示されている「0」および「100」はそれぞれ0%メチル化対照試料および100%メチル化対照試料を表す。また、図5の各増幅産物のバンド強度を測定した。結果を図6A〜Cに示す。
(1)生体試料
本実施例では、生体試料として、大腸癌を含む種々の癌の患者から採取した組織試料、および種々の臓器の正常組織を用いた。各試料の詳細については、表7に示す。なお、表7中、「T」は腫瘍組織、「N」は正常組織、「PBLN」は気管支周囲リンパ節(peribronchial lymph node)を表す。
(i)ゲノムDNAの抽出
実施例1と同様にして、各組織試料からゲノムDNAを抽出した。また、対照用ゲノムDNAとして、ヒト末梢血リンパ球のゲノムDNAを用いた。実施例1と同様にして、このヒト末梢血リンパ球のゲノムDNAから、非メチル化DNA断片(0%メチル化DNA)の溶液およびメチル化DNA断片(100%メチル化DNA)の溶液を得た。
(ii)バイサルファイト処理
上記で得られた各DNA断片(500 ng)を、EZ DNA Methylation Kit(Zymo Research社)を用いてバイサルファイト処理を行い、処理後のゲノムDNAを滅菌蒸留水(80μl)に溶出した。
上記(2)で得られた測定用試料および対照試料(バイサルファイト処理後のDNA)を用いて、MSPを行った。なお、本実施例のMSPで用いたプライマーセットは実施例1と同じである。PCR試薬の組成およびPCRの反応条件を以下に示す。
<PCR試薬>
DW(滅菌水) 18.8μL
10×PCR buffer with MgCl2(Roche社) 2.5μL
10 mM dNTP mix 0.5μL
10μMセンスプライマー 1.0μL
10μMアンチセンスプライマー 1.0μL
Faststart Taq polymerase(Roche社) 0.2μL
測定用試料または対照試料 1.0μL
トータル 25μL
95℃で6分、
95℃で30秒、62℃で15秒、72℃で30秒を36サイクル、
72℃で7分、
16℃で放置。
上述のMSPで得られた増幅産物を2%アガロースゲル電気泳動で確認した。結果を図7に示す。なお、図中の「NC」および「PC」はそれぞれ0%メチル化対照試料および100%メチル化対照試料を表す。また、「rCpG」は精度管理用プライマーの増幅産物を示す。また、図7の各増幅産物のバンド強度を測定した。結果を図8A〜Cに示す。
Claims (4)
- 被験者由来の生体試料から調製されたDNA試料に含まれるCUX2遺伝子のプロモータ領域に存在するCpGアイランドのメチル化の状態を解析する工程と、
解析工程で得られた解析結果に基づいて、前記被験者の大腸癌の存否の指標となり得る情報を取得する工程と
を含み、
前記生体試料が、血液、血清又は血漿であり、
前記被験者の大腸癌の存否が、前記被験者の大腸における大腸癌の存否であり、
前記情報取得工程が、解析工程で得られたメチル化の頻度が、大腸癌に由来する癌細胞を含まないことが予め確認されている生体試料から得られたDNA試料に含まれるCUX2遺伝子のプロモータ領域に存在するCpGアイランドのメチル化の頻度より高い場合に、前記被験者の大腸に大腸癌が存在するという指標となり得る情報を取得する工程である、
大腸癌の存否の指標となり得る情報の取得方法。 - CUX2遺伝子のプロモータ領域に存在するCpGアイランドのメチル化の状態を解析するためのプライマーセットを含む、大腸癌の存否の指標となり得る情報を取得するためのキット。
- プライマーセットが、質量分析法およびメチル化特異的PCR法から選択される少なくとも1つの方法によりCpGアイランドのメチル化の状態を解析するためのプライマーセットである請求項2に記載のキット。
- プライマーセットが、配列番号5および配列番号6の塩基配列であるプライマーセットである請求項3に記載のキット。
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