JP6938584B2 - 細胞外小胞による疾患の診断方法 - Google Patents
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Description
生体サンプルから複数の細胞外小胞(EV)を分離するステップ(a)と、
上記複数のEVの標的分子の発現レベルを決定するステップ(b)と、
ステップ(b)で決定された標的分子の発現レベルに基づいて、がん、変性疾患、感染症又は老化を診断又は予後し、上記複数のEVの標的分子の発現レベルが健康な被験者から得られた参照サンプルの発現レベルと異なる場合、上記被験体は、がん、変性疾患若しくは感染症を患っているか、又は発症するリスクがあるか、或いは老化状態にあることを示すステップ(c)と、を含む。
試験体から生体サンプルを取得するステップ(a)と、
上記生体サンプルから複数のEVを分離するステップ(b)と、
上記複数のEVの標的分子の発現レベルを決定するステップ(c)と、
ステップ(c)で決定された標的分子の発現レベルに基づいて、がん、変性疾患、感染症又は老化を治療するステップ(d)であって、上記複数のEVの標的分子の発現レベルが健康な被験体から得られた参照サンプルと異なる場合、健康な被験体ではない上記被験体に有効量の治療薬を投与するステップ(d)と、を含む。
I.定義
(i)疾患又は病状を予測又は診断する方法
本開示は、少なくとも部分的に、対照被験体(即ち、がん、変性疾患若しくは感染症を有しない被験体、又は老化状態ではない被験体)から取得したEVと比較して、がん、変性疾若しくは感染症を有する被験体、又は老化状態(即ち、50歳以上)にある被験体から取得したEV内又は上において、いくつかのバイオマーカーの発現レベルがアップレギュレート又はダウンレギュレートされる発見に基づく。従って、本開示は、1つ以上のバイオマーカーの発現レベルを決定することにより、がん、変性疾患、感染症又は老化を診断又は予後する方法を提供する。これによって、当業者又は臨床医師は、治療を必要とする被験体に適切な治療を適時に施すことができる。
上記被験体から生体サンプルを取得するステップ(a)と、
上記生体サンプルから複数のEVを分離するステップ(b)と、
上記複数のEVの標的分子の発現レベルを決定するステップ(c)と、
ステップ(c)で決定された標的分子の発現レベルに基づいて、がん、変性疾患、感染症又は老化を診断又は予後し、上記複数のEVの標的分子の発現レベルが健康な被験体から取得した参照サンプルと異なる(即ち、より高いか、又は低い)場合、健康な被験体ではない上記被験体は、がん、変性疾患若しくは感染症を有するか又は発症するリスクがあるか、或いは老化状態にあることを示すステップ(d)と、を含む。
本明細には、本開示のセクション(i)の方法予後又は診断結果に基づいて被験体のがん、変性疾患、感染症又は老化を治療する方法がさらに開示される。特に、被験体のがん、変性疾患、感染症又は老化を治療する方法は、
被験体から生体サンプルを取得するステップ(a)と、
上記生体サンプルから複数の細胞外EVを分離するステップ(b)と、
上記複数のEVの標的分子の発現レベルを決定するステップ(c)と、
ステップ(c)で決定された標的分子の発現レベルに基づいて、がん、変性疾患、感染症又は老化を治療するステップ(d)であって、上記複数のEVの標的分子の発現レベルが健康な被験体から取得した参照サンプルと異なる(即ち、より高いか、又は低い)場合、健康な被験体ではない上記被験体に有効量の治療薬を投与するステップ(d)と、を含む。
本開示によれば、キットの製造のためのバイオマーカーとして機能する標的分子の使用に関する。本開示の使用において、
上記バイオマーカーは、EVの内及び/又は上で発現される標的分子であり、
上記キットは、被験体ががん、変性疾患、感染症若しくは老化を有するか、又は発症するリスクがあるかを診断又は予後するのに有用であり、
がんの予後又は診断において、上記標的分子は、E−カドヘリン、ICOS−L、Muc5AC、ダームシジン、CGREF1、コクリン、AREG、LRG、グアニンデアミナーゼ、S100A8、NGAL、hsa−miR−10a−5p、hsa−miR−182−5p、hsa−miR−10b−5p、hsa−miR−22−3p、hsa−miR−181a−5p、hsa−miR−21−5p、hsa−miR−143−3p、hsa−miR−127−3p、hsa−miR−221−3p、hsa−miR−222−3p、hsa−let−7i−5p、hsa−miR−27b−3p、hsa−miR−26a−5p、hsa−miR−100−5p、hsa−miR−151a−3p、hsa−miR−92a−3p、hsa−miR−21−3p、hsa−miR−125b−5p、hsa−miR−181b−5p、hsa−miR−31−5p、hsa−miR−30a−5p、hsa−let−7f−5p、hsa−miR−199a−3p、hsa−miR−28−3p、hsa−miR−148a−3p、hsa−miR−409−3p、hsa−miR−16−5p、hsa−miR−99b−5p、hsa−miR−381−3p、hsa−miR−25−3p、hsa−miR−410−3p、hsa−miR−29a−3p、hsa−miR−199b−3p、hsa−miR−125a−5p、hsa−miR−186−5p、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、
変性疾患の予後又は診断において、上記標的分子は、DPP4、CD90、EphA2、IL−2、IL−12、BDNF、B2M、CTGF、NFL、L1CAM、α−シヌクレイン、EGF、フラクタルカイン、IFN−α、IFN−γ、GRO、IL−10、MCP−3、核酸(例えば、exoDNA)、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、
感染症の診断又は予後において、上記標的分子はNS−1であり、
老化の診断又は予後において、上記標的分子は、S100A8、DPP4、CD90、EphA2、IL−2、IL−12、BDNF、B2M、CTGF、NFL、EGF、G−CSF、GM−CSF、GRO、IL−1RA、IL−1α、IL−4、IL−6、IL−8、IP−10、MCP−1、MIP−1β、TNF−α、bFGF、フラクタルカイン、IFN−α、IFN−γ、MDC、L1CAM、α−シヌクレイン、核酸(例えば、exoDNA)、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、
上記複数のEVの標的分子の発現レベルが健康な被験体から取得された参照サンプルと異なる(即ち、より高い又は低い)場合、被験体は、がん、変性疾患若しくは感染症を有するか又は発症するリスクがあるか、或いは老化状態にあることを示す。
異なるセルからのEVの分離
臍帯(即ち、ucMSC)から分離された間葉系幹細胞及びDLD−1がん細胞(濃度:1×105細胞/ml)をそれぞれ10%ウシ胎児血清(FBS)を含む培地で24時間培養した後、無血清培地に交換した。48時間後、無血清培地(上清)を0.45μmの孔径の精密濾過により濾過して細胞破片と潜在的な細菌汚染を除去し、次に、0.03umフィルターにかけ、0.03umフィルターに保持された(200倍の)EVを収集して濃縮した。このように収集されたEVは、30から450nmの粒子サイズを有する。本発明の実験において、ucMSCから取得されたEVはMEVとして定義され、DLD−1細胞から取得されたEVはDEVとして定義された。ナノ粒子追跡分析の結果によると、MEV及びDEVは、いずれも1085.1μg/ml(約5.0×1010から10×1010小胞/ml)の平均タンパク質濃度を有していた。
本発明の調査には、(1)頭頸部がんと診断されたがん患者、(2)パーキンソン病の患者、(3)デング熱ウイルスに感染し、デング熱にかかった患者、及び(4)50歳を超えた被験体の4群の被験体が含まれた。血液サンプル又は尿サンプルは、これらの被験体から採取された。
EVは、一連の遠心分離(100x濃度)及び0.45um、0.22um及び0.02umフィルター膜による濾過によって尿サンプル(30ml)から分離された。ドロップスルー画分は、精製効率を分析するために収集された。
MEV及びDEVのタンパク質濃度をタンパク質アッセイキットで測定し、3バッチのサンプルの混合物からの等化タンパク質(equalized protein)をITRAQTM法(相対及び絶対定量(iTRAQ)のための等価タグ)により処理した。ITRAQ(TM)法は、等価断片を生成する化合物で標識されたペプチドに基づくタンパク質定量法である。4セットとして提供されたApplied Biosystems ITRAQTM Reagents(Applied Biosystems Inc., USA)(同重体(同質量)試薬:ITRAQTM Reagent 114、ITRAQTM Reagent 115、ITRAQ(TM)Reagent 116及びITRAQTM Reagent 117)を使用してEVのタンパク質を標識し、LC/MS−MS実験で4プレックスサンプル分析を可能にする4つの試薬を作成した。このITRAQTMにより、合計1034個のタンパク質が同定された結果、1034個のタンパク質のうち11個は、MEVと比較してDEVでより高い発現レベル(>5倍)を示した。DEVでより高い発現を示す11個のタンパク質は、E−カドヘリン、ISCOリガンド、Muc5AC、ダームシジン、CGREF1、コクリン、AREG、LRG、グアニンデアミナーゼ、S100A8及びNGALであった。
MEV又はDEVからのRNAサンプルを溶解試薬で採取した。具体的には、700ulの溶解緩衝液をMEV又はDEVペレットに加え、室温で5分間ホモジナイズした後、15秒間激しく振とうしながら140ulのクロロホルムを加えた。4°Cで15分間をかけて12,000gの総RNAサンプルを採取した。次に、採取されたRNAサンプルをTRUSEQ(登録商標)Small RNALibrary Prep Kitで処理することで、生成されたRNA断片の両端に5'及び3'アダプターが結合され、cDNA生成物(約140bp)を得た。次世代シーケンシング(NGS)によりMEV及びDEVのmiRNAプロファイルを分析した。ディファレンシャルディスプレイ(differential display)により、MEV及びDEVからのEVにおける36個のmiRNAを確定し、そのうち、MEVと比較して、DEVにおいて2個のmiRNA(即ち、miR−10a及びmiR−182a)はより高い発現を示し、34個のmiRNAはより低い発現を示した。RT−PCR定量により10個のmiRNAを検証した。
血液、唾液又は尿に由来するEVサンプルの総タンパク質20mgを、変性条件下でSDS−PAGEで処理した。電気泳動後、タンパク質ゲルを半乾燥転写装置によりニトロセルロース膜に転写した。膜を脱脂粉乳と共にインキュベートしてトリス緩衝液(50mM)での非特異的結合をブロックした後、抗体(1:2,000希釈)又はアプタマー(100nM;例えば、それぞれE−カドヘリン及びムチン5Acに特異的な配列番号1又は2のアプタマー)と共にインキュベートした。トリス緩衝液で洗浄して未結合の抗体又はアプタマーを除去した後、ストレプトアビジン−HRP(ホースラディッシュペルオキシダーゼ)化学発光反応により特定のタンパク質の発現レベルを検出した。
1から10mlの組織液を磁気セルのシリンダーに注入した。EVは高親和性ビーズによって捕捉され、未結合の溶液はドロップスルーされた。特定のタンパク質(抗体又はアプタマーによって捕捉又は検出される)又は核酸(例えば、miRNA)(RT−PCR又はアプタマーによって捕捉又は検出される)の発現を検出するために、リガンドでコーティングされた磁気ビーズによって捕捉されたEVを、イムノブロット若しくはアフィニティ結合蛍光フォトニック、化学発光、又は磁気電子変換によりシグナル増幅した。
EVを抗CD63、抗CD9又は抗CD81抗体(1:1000希釈)と5分間混合した後、イムノクロマトグラフィーで15分間展開させた。ストリップの上部ポールはガラス繊維で作製され、特定のEVバイオマーカーとの親和性が高いアプタマーでスポットされた。或いは、EVを標識するためのアプタマーを有する最初の混合物は、EVのバイオマーカーに特異的な抗体のスポットによって置き換えることができる。実験では、10ulのEV(100又は1000を超える小胞(粒子))と20ulの抗体(0.2mg/ml)又はアプタマー(100nM)(金ナノ粒子(40nm、20OD)を1:1の比率で事前に組み込むかどうかにかかわらず)とを混合し、60ulのトリス緩衝液(50mM)でイムノクロマトグラフィーストリップの底部領域にスポットした。高分子は、クロマトグラフィーのストリップの上部ポールに移動した。この上部ポールにおいて、100nMのアプタマーがEVを特異的に保持するためのガラス繊維領域にスポットされている。金が取り込まれている場合は、2次抗体による発色は不要である一方、金が取り込まれていない場合は、化学発光又は蛍光を伴う2次抗体を用いて特定のEVバイオマーカーの発現レベルを検出した。
被験体の血液又は尿サンプルから分離されたEVをEXOQUICK(商標)により4:1の比率で沈殿させた。次に、EVペレットを洗浄して溶解することで、EVに含まれるmiRNAを放出した。miRNAを逆転写反応に供してcDNAを生成し、定量的PCR反応を介して特異的プライマーにより定量化した。例えば、hsa−miR−182−5pは、配列番号3の配列を有し、配列番号4及び5のプライマーにより検証され得る。hsa−miR−127−3pは、配列番号6の配列を有し、配列番号7及び8のプライマーにより検証され得る。hsa−miR−183−5pは、配列番号9の配列を有し、配列番号10及び11のプライマーにより検証され得る。hsa−miR−143−3pは、配列番号12の配列を有し、配列番号13及び14のプライマーにより検証され得る。hsa−miR−181a−5pは、配列番号15の配列を有し、配列番号16及び17のプライマーにより検証され得る。hsa−let−7a−5pは、配列番号18の配列を有し、配列番号19及び20のプライマーにより検証され得る。hsa−let−7f−5pは、配列番号21の配列を有し、配列番号22及び23のプライマーにより検証され得る。hsa−miR−199a−3pは、配列番号24の配列を有し、配列番号25及び26のプライマーにより検証され得る。hsa−miR−29a−5pは、配列番号27の配列を有し、配列番号28及び29のプライマーにより検証され得る。hsa−miR−10aは、配列番号30の配列を有し、配列番号31及び32のプライマーにより検証され得る。
オレンジGスペクトロメトリーにより被験体の尿から分離されたEVについてエキソソームDNA(exoDNA)を検出した。簡単に言えば、濃縮されたEVサンプルをエッペンドルフチューブの1:4のトリス緩衝液に入れ、30分間をかけてヒートポットで溶解した。20ulのEV溶液を0.015%オレンジG溶液と混合して二本鎖DNAを染色し、その後、200ulに希釈し、476/590nmの励起/発光で分光測光を行った。exoDNAの濃度は、一連の既知のDNA濃度で作成された標準曲線に基づいて計算され、BCAタンパク質アッセイで測定された1mgの総EVsタンパク質に基づいて正規化された。
「材料及び方法」で説明されている手順で分離されたEVについてナノ粒子追跡アナライザーとウェスタンブロット分析を行い、そのテトラスパニン(CD9、CD63及びCD81を含む)と小胞タンパク質(HSP60、HSP90、HSP105を含む)の数及び発現を決定した。ナノ粒子追跡アナライザーの分析結果によると、尿EVの小胞数(以下「UEV」)は、尿濃度に応じて0.5×1011から5.1×1011であり、血漿EVの小胞数(以下「PEV)は、約5.4×1011から7.8×1011であった。EV画分(即ち、フィルター膜に保持された画分又はEXOQUICK(商標)で沈殿した画分)における小胞数は、ドロップスルー画分よりも顕著に高かった(データは示していない)。UEV及びPEVのサイズは、80から160nmであった。
2.1 MEV及びDEVにおける標的分子の発現レベル
まず、ITRAQTMによりMEV及びDEVのプロテオミクスプロファイルを分析した。分析結果は、差が5倍以上又は1/5未満の変化として定義された場合、MEVとDEVにおける発現レベルが異なる21種類のタンパク質が存在し、そのうち、11種類のタンパク質(E−カドヘリン、ICOS−L、Muc5AC、ダームシジン、CGREF1、コクリン、AREG、LRG、グアニンデアミナーゼ、S100A8,及びNGALを含む(データは示されていない))がDEVにおける発現レベルがMEVよりも高いことを示す。ウェスタンブロットのデータにより、MEVと比較して、DEVにおいてE−カドヘリンとS100A8の発現レベルが顕著に高いことがさらに確認された(図2A)。
本実施例において、例2.1で特徴付けられた表現の違いがさらに確認されました。本実施例では、健康な被験体及び頭頸部がんを有するがん患者からそれぞれ尿サンプルを採取し、「材料及び方法」に記載の手順に従って尿サンプルからEVを分離した。図3のデータに示されるように、対照群(即ち、健康な被験体から採取されたUEV)と比較して、E−カドヘリン及びムチン5ACの発現レベルは、がん患者のUEVにおいて顕著に高かった。
パーキンソン病を有するか又は有しない高齢者(50歳以上)からそれぞれ尿サンプルを採取し、「材料及び方法」に記載のように、尿サンプルからEVを分離した。表2の結果に示されるように、健康な被験体から分離されたUEVと比較して、パーキンソン病の患者のUEVにおけるEGF、フラクタルカイン、IFN−α、IFN−γ、GRO、IL−10及びMCP−3の発現レベルは、顕著に低かった。
それぞれ健康な被験体及びデング熱を有する患者から血液及び尿サンプルを採取した。次いで、「材料及び方法」に記載の手順に従って、血液及び尿サンプルからEVを分離した。図4Aのデータに示されるように、微生物抗原NS−1はデング熱患者のPEV及びUEVに存在したが、非EV画分(Soln)にはNS−1シグナルは検出されなかった。図4Bのデータは、デング熱が疑われる患者の尿サンプルに由来する6つのEVのうち5つがNS1発現の陽性を示したことをさらに示した。金ナノ粒子共役免疫クロマトグラフィーによって検出されたNS−1シグナルは、図4A及び4Bの矢印で示された。デングNS1タンパク質が血液及び尿のEV、特に尿EVで検出されるが、非EV画分(pSoln又はuSoln)で検出されないことは、微生物感染(例えば、DEV感染)を予測又は診断する斬新でユニークな発見である。
50歳以上又は以下の被験体からそれぞれ血液及び尿サンプルを採取し、「材料及び方法」に記載の手順に従って、血液及び尿サンプルからEVを分離した。分離されたPEV及びUEVの発現の違いをそれぞれ表3−4及び図5A−5Bに示した。
1.exoDNAは、オレンジGスペクトロメトリーによって測定される。
2.SEは標準誤差を示す(n=10)。
*はP<0.05(群間)を示し、#はP<0.01(群間)を示す。
Claims (5)
- 以下のステップ(a)から(c)を含む被験体の生体サンプルから前記被験体ががんに罹患しているか否かを診断する方法であって、
ステップ(a)において、前記生体サンプルから複数の細胞外小胞(EV)を分離し、
ステップ(b)において、複数の上記EVのE−カドヘリン、誘導性共刺激リガンド(ICOS−L)、ダームシジン、EFハンドドメイン1を有する細胞成長制御因子(CGREF1)、コクリン、アンフィレグリン(AREG)、ロイシンリッチα2糖タンパク質(LRG)、グアニンデアミナーゼ、S100カルシウム結合タンパク質A8(S100A8)、ムチン5AC(Muc5AC)、好中球ゼラチナーゼ関連リポカリン(NGAL)、hsa−miR−10a−5p、hsa−miR−182−5p、hsa−miR−10b−5p、hsa−miR−22−3p、hsa−miR−181a−5p、hsa−miR−21−5p、hsa−miR−143−3p、hsa−miR−127−3p、hsa−miR−221−3p、hsa−miR−222−3p、hsa−let−7i−5p、hsa−miR−27b−3p、hsa−miR−26a−5p、hsa−miR−100−5p、hsa−miR−151a−3p、hsa−miR−92a−3p、hsa−miR−21−3p、hsa−miR−125b−5p、hsa−miR−181b−5p、hsa−miR−31−5p、hsa−miR−30a−5p、hsa−let−7f−5p、hsa−miR−199a−3p、hsa−miR−28−3p、hsa−miR−148a−3p、hsa−miR−409−3p、hsa−miR−16−5p、hsa−miR−99b−5p、hsa−miR−381−3p、hsa−miR−25−3p、hsa−miR−410−3p、hsa−miR−29a−3p、hsa−miR−199b−3p、hsa−miR−125a−5p、及びhsa−miR−186−5pの発現レベルを特定し、
ステップ(c)において、ステップ(b)で特定された前記発現レベルに基づいて前記被験体ががんに罹患しているか否かを診断し、E−カドヘリン、ICOS−L、Muc5AC、ダームシジン、CGREF1、コクリン、AREG、LRG、グアニンデアミナーゼ、S100A8、NGAL、hsa−miR−10a−5p、hsa−miR−182−5pのいずれかの発現レベルが健康な被験体から取得された参照サンプルよりも高い場合、及びhsa−miR−10b−5p、hsa−miR−22−3p、hsa−miR−181a−5p、hsa−miR−21−5p、hsa−miR−143−3p、hsa−miR−127−3p、hsa−miR−221−3p、hsa−miR−222−3p、hsa−let−7i−5p、hsa−miR−27b−3p、hsa−miR−26a−5p、hsa−miR−100−5p、hsa−miR−151a−3p、hsa−miR−92a−3p、hsa−miR−21−3p、hsa−miR−125b−5p、hsa−miR−181b−5p、hsa−miR−31−5p、hsa−miR−30a−5p、hsa−let−7f−5p、hsa−miR−199a−3p、hsa−miR−28−3p、hsa−miR−148a−3p、hsa−miR−409−3p、hsa−miR−16−5p、hsa−miR−99b−5p、hsa−miR−381−3p、hsa−miR−25−3p、hsa−miR−410−3p、hsa−miR−29a−3p、hsa−miR−199b−3p、hsa−miR−125a−5p、及びhsa−miR−186−5pのいずれかの発現レベルが前記参照サンプルよりも低い場合、前記健康な被験体ではない前記被験体ががんに罹患していることを診断する、方法。 - 複数の前記EVのそれぞれは、
その内及び/又は上で発現される少なくとも1つのマーカーを有し、前記マーカーは、CD9、CD63、CD81、熱ショックタンパク質60(HSP60)、HSP90及びHSP105からなる群より選択されること、及び
30から450nmの粒子サイズを有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記がんは、胃がん、肺がん、膀胱がん、乳がん、膵臓がん、腎がん、大腸がん、子宮頸がん、卵巣がん、脳腫瘍、前立腺がん、肝細胞がん、黒色腫、食道がん、多発性骨髄腫又は頭頸部がんである、請求項1に記載の方法。
- 前記生体サンプルは、血液、尿、脳脊髄液、胸水、腹水、母乳、羊水、気管支肺胞洗浄液又は唾液である請求項1に記載の方法。
- 前記被験体はヒトである、請求項1に記載の方法。
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