JP7065610B2 - 複数の細胞シグナル伝達経路活性を用いる治療応答の医学的予後及び予測 - Google Patents

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Description

本明細書に記載の主題は、主にバイオ・インフォマティクス、ゲノム処理技術分野、プロテオミクス処理技術分野、及び関連技術分野に関する。より詳細には、本発明は、対象が疾患に関連した臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するための、デジタル処理デバイスによって実行される、コンピュータ実装方法に関連する。このリスク・スコアは、対象における2つ以上の細胞シグナル伝達経路についての推測活性の組合せに基づいて決定される。本発明はさらに、対象が疾患に関連した臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するための、上記の方法を実行するように構成された、デジタル・プロセッサを備える装置と、対象が疾患に関連した臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するための、上記の方法を実行するためにデジタル処理デバイスによって実行可能である命令を記憶する非一時的記憶媒体と、対象が疾患に関連した臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するための、デジタル処理デバイスで実行されたときにデジタル処理デバイスに方法を実行させるプログラム・コード手段を含むコンピュータ・プログラムとに関する。本発明はさらに、対象の試料中の2つ以上の細胞シグナル伝達経路それぞれの3つ以上の標的遺伝子の発現レベルを測定するためのキットと、患者が疾患に関連した臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するためのキットと、上記の方法を実行する際の、このキットの使用とに関する。
ゲノム及びプロテオミクスの分析は、腫瘍学などの医療分野における臨床応用に対し、実質的に実現されており、また潜在的な有望性がある。様々な癌が、ゲノムの突然変異/バリエーション/異常メチル化のパターンの特定の組合せ、及び/又は特定の遺伝子の高発現レベル若しくは低発現レベルと関連することが知られており、これらは、癌の成長及び進化、たとえば細胞増殖及び転移においての役割を果たす。たとえば、Wntシグナル伝達経路は、細胞増殖の調節に影響を及ぼし、高度に調節されている。調節が損なわれることによる高いWnt経路活性は、癌、中でも悪性大腸腫瘍と相関付けられてきた。どのような特定の動作原理にも限定されないが、悪性大腸細胞のWnt経路の調節解除が高いWnt経路活性につながり、ひいては、悪性大腸細胞の細胞増殖、すなわち大腸癌の転移をもたらすと考えられている。一方で、異常に低い経路活性もまた、たとえば骨粗しょう症の場合において注目される。健康及び疾患に関して、細胞の分裂、機能及び/又は分化における同様の役割を果たす他の経路としては、細胞シグナル伝達経路がある(たとえば、ER、PR、AR、PPAR、GR、VitD、TGF-β、ノッチ、ヘッジホッグ、FGF、NFkB、VEGF、及びPDGF)。
ゲノム及びプロテオミクスのデータを取得する技術が、臨床環境において容易に利用できるようになっている。たとえば、マイクロアレイによる測定が、遺伝子発現レベル、タンパク質レベル、メチル化などを評価するのに日常的に使用されている。自動化された遺伝子配列決定により、DNA及びmRNAにおける遺伝子のバリエーション/突然変異/異常メチル化パターン識別が、高い費用対効果で可能になっている。遺伝子配列決定時の定量的なmRNAレベルの評価が、遺伝子発現レベルを評価するための臨床ツールとして有望である。
治療専門家、たとえば腫瘍専門家にとっての主な難題の1つは、患者の予後について経験や知識に基づく推測をすることである。その理由は、この情報が治療の選択に影響を及ぼすからである。個々の患者の癌組織試料に基づくゲノムミクス、トランスクリプトミクス及びプロテオミクス(並びに他の「オミクス」)解析により、患者の予後評価に潜在的に寄与できる情報が得られる。
しかし、関連する臨床情報を引き出すためにこれらの複雑なデータを解釈するのは難題であることが分かっており、大部分が依然として未解決である。患者の予後は、たとえば、「(疾患の)再発までの時間」、「(疾患の)進行までの時間」、「(疾患の)発生の時点」、又は「死亡(疾患)までの時間」のように、いくつかの方法で定量的に示すことができる。
本発明の主態様によれば、上記の問題は、対象が疾患に関連した臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するためのコンピュータ実装方法によって解決されるか、又は少なくとも軽減され、その決定するステップは、
対象における2つ以上の細胞シグナル伝達経路のそれぞれの活性を、対象の試料において測定されたそれぞれの細胞シグナル伝達経路の3個以上の、たとえば、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、又は12個以上の、標的遺伝子の発現レベルに基づいて推測するステップと、
リスク・スコアを、推測された活性を組み合わせたものに基づいて決定するステップと、
を含み、
臨床事象は、疾患再発、疾患進行、疾患発症、及び疾患が原因の死亡のうちの1つであり、疾患は癌、好ましくは乳癌であり、
細胞シグナル伝達経路は、形質転換成長因子-β(TGF-β)経路と、ホスファチジルイノシチド3-キナーゼ(PI3K)経路、Wnt経路、エストロゲン受容体(ER)経路、及びヘッジホッグ(HH)経路のうちの1つ以上の経路とを含む。
本発明は、好ましくは、疾患と関連する臨床事象を規定期間内に、たとえば3カ月以内、6カ月以内、1年以内、18カ月以内、2年以内、30カ月以内、3年以内、42カ月以内、4年以内、5年以内、6年以内、7年以内、8年以内、9年以内、又は10年以上内に経験するリスクがある対象の識別を可能にする。
本明細書で「対象」という用語は、任意の生物を指す。いくつかの実施形態では、対象は動物、好ましくは哺乳動物である。いくつかの実施形態では、対象はヒトであり、好ましくは医療対象者である。
本明細書で「転写因子要素」又は「TF要素」という用語は、好ましくは、活性転写因子の中間体若しくは前駆体のタンパク質若しくはタンパク質複合体、又は指定の標的遺伝子発現を制御する活性転写因子タンパク質若しくはタンパク質複合体を指す。この用語がどのように使用されるかについての説明的な一例として、「TGF-β転写因子要素」又は「TGF-β TF要素」又は「TF要素」という用語は、TGF-βが、標的遺伝子発現を制御するその受容体と結合する下流のシグナル伝達剤を指し、これは、転写因子タンパク質若しくはタンパク質複合体、又は活性転写タンパク質複合体の前駆体であり得る。このシグナル伝達剤は、諸実施形態では、TGF-βがその受容体にTGF-β細胞外受容体結合の下流で、また活性転写因子タンパク質複合体の形成の上流で結合することによってトリガーされるシグナル伝達剤であり得る。たとえば、TGF-βが細胞外TGF-β受容体に結合すると、それが細胞内「SMAD」シグナル伝達経路を惹起することが知られており、また、1つ又は複数のSMADタンパク質(たとえば、受容体制御された、すなわちR-SMAD(SMAD1、SMAD2、SMAD3、SMAD5、及びSMAD8)並びにSMAD4)が、発現を制御するTGF-β転写シグナル伝達カスケードに関与し、また、それに関与するヘテロ複合体を形成できることが知られている。他のシグナル伝達経路PI3K、Wnt、ER、及びHHの転写因子要素が類似して、発現を制御するこれらの特定のシグナル伝達カスケード・メンバーに基づいて規定される。
本明細書で「標的遺伝子」という用語は、転写がそれぞれの転写因子要素によって直接又は間接に制御される遺伝子を意味する。「標的遺伝子」は、「直接標的遺伝子」及び/又は「間接標的遺伝子」(本明細書に記載)であり得る。
対象における細胞シグナル伝達経路の活性を推測することは、たとえば、特に(i)対象の試料において測定された細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の発現レベルを含む入力の組に対する細胞シグナル伝達経路を表す較正済み確率的経路モデルの、好ましくはベイジアン・ネットワークの、一部分を評価することによって、また(ii)対象における転写因子(TF)要素の活性レベルを推定することによって行うことができ、このTF要素は、細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の転写を制御し、推定することは、TF要素の活性レベルと、対象の試料において測定された細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の発現レベルとを関連付ける条件付き確率に基づいており、また(iii)細胞シグナル伝達経路の活性を対象の試料におけるTF要素の推定活性レベルに基づいて推測することによって行うことができる。これについては、公開されている国際特許出願WO2013/011479A2(「Assessment of cellular signaling pathway activity using probabilistic modeling of target gene expression」)に詳細に記載されており、同出願の内容はその全体が本明細書に組み込まれる。
例示的な一代替形態では、対象における細胞シグナル伝達経路の活性を推測することは、たとえば、特に(i)対象の試料における転写因子(TF)要素の活性レベルを決定することによって行うことができ、このTF要素は、細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の転写を制御し、決定することは、細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の発現レベルをTF要素の活性レベルに関係付ける較正済み数学経路モデルを評価することに基づいており、数学経路モデルは、3つ以上の標的遺伝子の発現レベルの1つ以上の一次結合に基づいており、また(ii)対象における細胞シグナル伝達経路の活性を対象の試料におけるTF要素の決定された活性レベルに基づいて推定することによって行うことができる。これについては、公開されている国際特許出願WO2014/102668A2(「Assessment of cellular signaling pathway activity using linear combination(s) of target gene expressions」)に詳細に記載されている。
好ましい実施形態によれば、細胞シグナル伝達経路は、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路を含む。
TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路のそれぞれは、好ましくは、その経路と関連する転写因子(TF)複合体の転写活性に最終的につながる細胞シグナル伝達経路として定義される。好ましくは、これらは、それぞれ少なくともTGF-βメンバーの二量体(SMAD1、SMAD2、SMAD3、SMAD5及びSMAD8と、SMAD4)、又は三量体(SMAD1、SMAD2、SMAD3、SMAD5及びSMAD8からの2つのタンパク質と、SMAD4)、FOXOファミリー・メンバー、β-カテニン/TCF4、ERα二量体、及びGLIファミリー・メンバーから成る。
本発明は、TGF-β経路と、活性がTGF-β経路の活性と実質的に相関関係にあるSMAD TFファミリーとに狙いを定めている。すなわち、SMAD TF複合体の活性は、TGF-β経路の活性と実質的に相関関係があるのに対し、SMAD TF複合体の不活性は、PI3K経路の不活性と実質的に相関関係がある。
細胞シグナル伝達経路は、PI3K経路及び/又はWnt経路及び/又はER経路及び/又はHH経路を含むことが好ましく、リスク・スコアは、示されたリスクがPI3K経路の推測活性の増加、及び/又はWnt経路の推測活性の増加、及び/又はHH経路の推測活性の増加と共に単調増加し、かつ/又はER経路の推測活性の増加と共に単調減少するように規定される。
リスク・スコアは、示されたものがTGF-β経路の推測活性の増加と共に単調増加するように規定されることもまた好ましい。
MPSは、項w・Pと、項w・P、w・P、w・Pe、及びw・Pのうちの1つ以上とを含む合計から成ることが好ましく、ここで、P、P、P、P、及びPは、それぞれTGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路の推測活性を表し、w、w、w、w、及びwは、対象が疾患と関連する臨床事象を規定期間内に経験するリストと、TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路それぞれの活性との間の相関関係を表す一定重み付け係数である。
一定重み付け係数w、w、w、w、及びwは、それぞれの細胞シグナル伝達経路のコックス比例ハザード・モデルを臨床データに適合させることにより得られるコックスの係数の値に基づいてそれぞれ決定されるか、又は決定されている。
本発明は、本明細書に記載の細胞シグナル伝達経路に生じる効果を識別する適切な方法が、細胞シグナル伝達経路のシグナル伝達出力の測定に基づくことができるという本発明者らの新考案に基づいており、このシグナル伝達出力は、とりわけ、シグナル伝達経路が制御する転写因子(TF)要素によって制御される、本明細書に記載の固有の標的遺伝子の転写である。本発明者らによるこの新考案では、TF活性レベルが、試料において、とりわけ一意的に識別された標的遺伝子の発現値によって検出できる準安定状態にあると仮定している。
特に、発現レベルが数学経路モデルで解析される細胞シグナル伝達経路標的遺伝子の固有の組が特定された。数学経路モデルで使用するために、評価される各細胞シグナル伝達経路から3個以上の、たとえば、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、又は12個以上の標的遺伝子を解析してリスク・スコアを策定することができる。
好ましいのは、
3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CDKN2B、CTGF、GADD45A、GADD45B、HMGA2、ID1、IL11、SERPINE1、INPP5D、JUNB、MMP2、MMP9、NKX2-5、OVOL1、PDGFB、PTHLH、SGK1、SKIL、SMAD4、SMAD5、SMAD6、SMAD7、SNAI1、SNAI2、TIMP1、及びVEGFAから成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のPI3K標的遺伝子が、ATP8A1、BCL2L11、BNIP3、BTG1、C10orf10、CAT、CBLB、CCND1、CCND2、CDKN1B、DDB1、DYRK2、ERBB3、EREG、ESR1、EXT1、FASLG、FGFR2、GADD45A、IGF1R、IGFBP1、IGFBP3、INSR、LGMN、MXI1、PPM1D、SEMA3C、SEPP1、SESN1、SLC5A3、SMAD4、SOD2、TLE4、及びTNFSF10から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のWnt標的遺伝子が、ADRA2C、ASCL2、AXIN2、BMP7、CCND1、CD44、COL18A1、DEFA6、DKK1、EPHB2、EPHB3、FAT1、FZD7、GLUL、HNF1A、CXCL8(以前にはIL8として知られていた)、CEMIP(以前にはKIAA1199として知られていた)、KLF6、LECT2、LEF1、LGR5、MYC、NKD1、OAT、PPARG、REGIB、RNF43、SLC1A2、SOX9、SP5、TBX3、TCF7L2、TDGF1、及びZNRF3から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のER標的遺伝子が、AP1B1、ATP5J、COL18A1、COX7A2L、CTSD、DSCAM、EBAG9、ESR1、HSPB1、KRT19、NDUFV3、NRIP1、PGR、PISD、PRDM15、PTMA、RARA、SOD1、TFF1、TRIM25、XBP1、GREB1、IGFBP4、MYC、SGK3、WISP2、ERBB2、CA12、CDH26、及びCELSR2から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のHH標的遺伝子が、GLI1、PTCH1、PTCH2、HHIP、SPP1、TSC22D1、CCND2、H19、IGFBP6、TOM1、JUP、FOXA2、MYCN、NKX2-2、NKX2-8、RAB34、MIF、GLI3、FST、BCL2、CTSL1、TCEA2、MYLK、FYN、PITRM1、CFLAR、IL1R2、S100A7、S100A9、CCND1、JAG2、FOXM1、FOXF1、及びFOXL1から成る群から選択されることである。
さらに好ましいのは、
3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45A、GADD45B、HMGA2、ID1、IL11、JUNB、PDGFB、PTHLH、SERPINE1、SGK1、SKIL、SMAD4、SMAD5、SMAD6、SMAD7、SNAI2、VEGFAから成る群から選択され、好ましくは、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45B、ID1、IL11、JUNB、SERPINE1、PDGFB、SKIL、SMAD7、SNAI2、及びVEGFAから成る群から選択され、より好ましくは、ANGPTL4、CDC42EP3、ID1、IL11、JUNB、SERPINE1、SKIL、及びSMAD7から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のPI3K標的遺伝子が、AGRP、BCL2L11、BCL6、BNIP3、BTG1、CAT、CAV1、CCND1、CCND2、CCNG2、CDKN1A、CDKN1B、ESR1、FASLG、FBXO32、GADD45A、INSR、MXI1、NOS3、PCK1、POMC、PPARGC1A、PRDX3、RBL2、SOD2、TNFSF10から成る群から選択され、好ましくはFBXO32、BCL2L11、SOD2、TNFSF10、BCL6、BTG1、CCNG2、CDKN1B、BNIP3、GADD45A、INSR、及びMXI1から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のWnt標的遺伝子が、CEMIP、AXIN2、CD44、RNF43、MYC、TBX3、TDGF1、SOX9、ASCL2、CXCL8、SP5、ZNRF3、EPHB2、LGR5、EPHB3、KLF6、CCND1、DEFA6、及びFZD7から成る群から選択され、好ましくはAXIN2、CD44、LGR5、CEMIP、MYC、CXCL8、SOX9、EPHB3、RNF43、TDGF1、ZNRF3、及びDEFA6から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のER標的遺伝子が、CDH26、SGK3、PGR、GREB1、CA12、XBP1、CELSR2、WISP2、DSCAM、ERBB2、CTSD、TFF1、PDZK1、IGFBP4、ESR1、SOD1、AP1B1、及びNRIP1から成る群から選択され、好ましくはTFF1、GREB1、PGR、SGK3、PDZK1、IGFBP4、NRIP1、CA12、XBP1、ERBB2、ESR1、及びCELSR2から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のHH標的遺伝子が、GLI1、PTCH1、PTCH2、IGFBP6、SPP1、CCND2、FST、FOXL1、CFLAR、TSC22D1、RAB34、S100A9、S100A7、MYCN、FOXM1、GLI3、TCEA2、FYN、及びCTSL1から成る群から選択され、好ましくはGLI1、PTCH1、PTCH2、CCND2、IGFBP6、MYCN、FST、RAB34、GLI3、CFLAR、S100A7、及びS100A9から成る群から選択されることである。
特に好ましいのは、3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45A、GADD45B、HMGA2、ID1、JUNB、PDGFB、PTHLH、SERPINE1、SGK1、SKIL、SMAD4、SMAD5、SMAD6、SMAD7、SNAI2、VEGFAから成る群から選択され、好ましくは、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45B、ID1、JUNB、SERPINE1、SKIL、SMAD7、SNAI2、及びVEGFAから成る群から選択され、最も好ましくは、ANGPTL4、CDC42EP3、ID1、JUNB、SERPINE1、SKIL、及びSMAD7から成る群から選択されることである。
特に好ましいのは、
3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45B、ID1、JUNB、SERPINE1、SKIL、SMAD7、SNAI2、及びVEGFAであり、かつ/又は
3つ以上のPI3K標的遺伝子が、FBXO32、BCL2L11、SOD2、TNFSF10、BCL6、BTG1、CCNG2、CDKN1B、BNIP3、GADD45A、INSR、及びMXI1であり、かつ/又は
3つ以上のWnt標的遺伝子が、AXIN2、CD44、LGR5、CEMIP、MYC、CXCL8、SOX9、EPHB3、RNF43、TDGF1、ZNRF3、及びDEFA6であり、かつ/又は
3つ以上のER標的遺伝子が、TFF1、GREB1、PGR、SGK3、PDZK1、IGFBP4、NRIP1、CA12、XBP1、ERBB2、ESR1、及びCELSR2であり、かつ/又は
3つ以上のHH標的遺伝子が、GLI1、PTCH1、PTCH2、CCND2、IGFBP6、MYCN、FST、RAB34、GLI3、CFLAR、S100A7、及びS100A9であることである。
本発明により使用されるべき試料は、抽出試料、すなわち対象から取り出された試料とすることができる。試料の例には、それだけには限らないが、対象の組織、細胞、血液及び/又は体液が含まれる。これは、たとえば、癌病変部から、又は癌の疑いがある病変部から、又は転移腫瘍から、又は癌細胞で汚染されている流体が存在する体腔(たとえば、胸膜若しくは腹部の腔、又は膀胱腔)から、又は癌細胞を含有する他の体液などから、好ましくは組織診手順又は他の試料抽出手順を介して得られた試料とすることができる。試料が取り出される細胞はまた、悪性血液疾患(白血病又はリンパ腫など)からの腫瘍細胞とすることができる。場合によっては、細胞試料はまた、循環腫瘍細胞、すなわち血流に入った腫瘍細胞であることもあり、適切な分離技法、たとえばアフェレーシス又は従来の静脈血採血を用いて取り出すことができる。血液は別として、試料が取り出される体液は、尿、胃腸内容物、又は血管外湧出物であり得る。本明細書で「試料」という用語はまた、たとえば、対象の組織及び/又は細胞及び/又は体液が対象から採取され、たとえば顕微鏡スライド若しくは固定剤に載せられている場合と、特許請求された方法を実施するために、この試料の一部分が、たとえば、レーザーキャプチャ法(LCM)によって、又は穿孔によって、又は対象の細胞をスライドからかき取ることによって、又は蛍光活性化細胞選別技法によって取り出される場合とを包含する。加えて、本明細書で「試料」という用語はまた、たとえば、対象の組織及び/又は細胞及び/又は体液が対象から採取され、顕微鏡スライドに載せられ、また特許請求された方法がスライド上で実施される場合も含む。
この方法はさらに、リスク・スコア及び/又は推測活性のうちの少なくとも1つを、1つ又は複数の追加予後検査から得られた1つ又は複数の追加リスク・スコアと組み合わせて結合リスク・スコアを得ることを含むのが好ましく、この結合リスク・スコアは、対象が臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示す。1つ又は複数の追加予後検査には特に、Oncotype DX(登録商標)乳癌検査、Mammostrat(登録商標)乳癌検査、MammaPrint(登録商標)乳癌検査、EndoPredict(登録商標)乳癌検査、BluePrint(商標)乳癌検査、CompanDx(登録商標)乳癌検査、Breast Cancer Index(役務標章)(HOXB13/IL17BR)、OncotypeDX(登録商標)結腸癌検査、及び/又は、遺伝子/タンパク質Ki67の発現を測定することによって行われる増殖検査が含まれ得る。
上記のように、臨床事象は、疾患再発、疾患進行、疾患発症、及び疾患が原因の死亡のうちの1つであり、疾患が癌であり、好ましくは乳癌である。この場合、臨床事象が規定期間内に生じるリスクは優先的に、所与の治療後の(「癌治療応答予測」とも呼ばれる)、又は全く治療なしでの(「癌予後」とも呼ばれる)癌の再発の、すなわちぶり返しの、リスクになる。再発は、局部的であること(すなわち、元の腫瘍のそば)も、離れていること(すなわち、元の側を超えた転移)もある。別の代替形態では、臨床事象が規定期間内に生じるリスクは、癌の進行のリスク、癌の発生のリスク、又は癌が原因の死亡のリスクである。
別の開示態様によれば、対象が疾患と関連する臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するための装置は、本明細書に記載の本明細書の方法を実施するように構成されたデジタル・プロセッサを備える。
別の開示態様によれば、対象が疾患と関連する臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するための非一時的記憶媒体は、本明細書に記載の本発明の方法を実施するデジタル処理デバイスによって実行可能である命令を記憶する。非一時的記憶媒体は、ハード・ドライブ若しくは他の磁気記憶媒体、光ディスク若しくは他の光記憶媒体、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、フラッシュ・メモリ、又は他の電子記憶媒体、ネットワーク・サーバなどの、コンピュータ可読記憶媒体とすることができる。デジタル処理デバイスは、手持ち型デバイス(たとえば、携帯情報端末又はスマートフォン)、ノート型コンピュータ、デスクトップ・コンピュータ、タブレット・コンピュータ若しくはデバイス、リモート・ネットワーク・サーバなどであり得る。
別の開示態様によれば、対象が疾患と関連する臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するためのコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・プログラムがデジタル処理デバイス上で実行されたとき、デジタル処理デバイスに本明細書に記載の本発明の方法を実施させるプログラム・コード手段を含む。デジタル処理デバイスは、手持ち型デバイス(たとえば、携帯情報端末又はスマートフォン)、ノート型コンピュータ、デスクトップ・コンピュータ、タブレット・コンピュータ若しくはデバイス、リモート・ネットワーク・サーバなどであり得る。
別の開示態様によれば、対象の試料における2つ以上の細胞シグナル伝達経路それぞれの、3個以上の、たとえば、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、又は12個以上の、標的遺伝子の発現レベルを測定するためのキットは、
対象の試料における、それぞれの細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の発現レベルを決定するための1つ又は複数の構成要素を含み、
細胞シグナル伝達経路は、TGF-β経路と、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路のうちの1つ以上の経路とを含む。
それぞれの細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の発現レベルを測定するための1つ又は複数の構成要素又は手段は、DNAアレイ・チップ、オリゴヌクレオチド・アレイ・チップ、タンパク質アレイ・チップ、抗体、複数のプローブ、たとえば標識されたプローブ、RNAリバーサ転写酵素配列決定構成要素の組、及び/又は、RNA又はcDNAを含むDNAの増幅プライマーから成る群から選択することができる。一実施形態では、キットは、本明細書に記載の3つ以上の標的遺伝子のmRNA又はcDNA配列の一部分を対象とする標識されたプローブの組を含む。一実施形態では、キットは、さらに以下に記載された3つ以上の標的遺伝子のmRNA又はcDNA配列の一部分を対象とするプライマーとプローブの組、たとえば、表25から表29の配列から選択された特定のプライマーとプローブの組を含む。一実施形態では、標識されたプローブは、標準化96ウェル・プレートに含まれる。一実施形態では、キットはさらに、たとえば表30に表された参照遺伝子の組を対象とするプライマー又はプローブを含む。このような参照遺伝子は、たとえば、本明細書に記載の標的遺伝子発現レベルの発現レベルを正規化又は標準化するのに有用な、構造的に発現された遺伝子とすることができる。
一実施形態では、対象の試料における2つ以上の細胞シグナル伝達経路それぞれの、3つ以上の標的遺伝子の発現レベルを測定するためのキットは、
それぞれの細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子を対象とするポリメラーゼ連鎖反応プライマーと、
それぞれの細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子を対象とするプローブと、
任意で、本明細書において記載される本発明の装置、本明細書において記載される本発明の非一時的記憶媒体、又は、本明細書において記載される本発明のコンピュータ・プログラムと、
を含み、
細胞シグナル伝達経路がTGF-β経路と、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路のうちの1つ以上の経路とを含む。
好ましいのは、
3つ以上のTGF-β標的遺伝子がANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CDKN2B、CTGF、GADD45A、GADD45B、HMGA2、ID1、IL11、SERPINE1、INPP5D、JUNB、MMP2、MMP9、NKX2-5、OVOL1、PDGFB、PTHLH、SGK1、SKIL、SMAD4、SMAD5、SMAD6、SMAD7、SNAI1、SNAI2、TIMP1、及びVEGFAから成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のPI3K標的遺伝子が、ATP8A1、BCL2L11、BNIP3、BTG1、C10orf10、CAT、CBLB、CCND1、CCND2、CDKN1B、DDB1、DYRK2、ERBB3、EREG、ESR1、EXT1、FASLG、FGFR2、GADD45A、IGF1R、IGFBP1、IGFBP3、INSR、LGMN、MXI1、PPM1D、SEMA3C、SEPP1、SESN1、SLC5A3、SMAD4、SOD2、TLE4、及びTNFSF10から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のWnt標的遺伝子が、ADRA2C、ASCL2、AXIN2、BMP7、CCND1、CD44、COL18A1、DEFA6、DKK1、EPHB2、EPHB3、FAT1、FZD7、GLUL、HNF1A、CXCL8、CEMIP、KLF6、LECT2、LEF1、LGR5、MYC、NKD1、OAT、PPARG、REG1B、RNF43、SLC1A2、SOX9、SP5、TBX3、TCF7L2、TDGF1、及びZNRF3から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のER標的遺伝子が、AP1B1、ATP5J、COL18A1、COX7A2L、CTSD、DSCAM、EBAG9、ESR1、HSPB1、KRT19、NDUFV3、NRIP1、PGR、PISD、PRDM15、PTMA、RARA、SOD1、TFF1、TRIM25、XBP1、GREB1、IGFBP4、MYC、SGK3、WISP2、ERBB2、CA12、CDH26、及びCELSR2から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のHH標的遺伝子が、GLI1、PTCH1、PTCH2、HHIP、SPP1、TSC22D1、CCND2、H19、IGFBP6、TOM1、JUP、FOXA2、MYCN、NKX2-2、NKX2-8、RAB34、MIF、GLI3、FST、BCL2、CTSL1、TCEA2、MYLK、FYN、PITRM1、CFLAR、IL1R2、S100A7、S100A9、CCND1、JAG2、FOXM1、FOXF1、及びFOXL1から成る群から選択されることである。
さらに好ましいのは、
3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45A、GADD45B、HMGA2、ID1、IL11、JUNB、PDGFB、PTHLH、SERPINE1、SGK1、SKIL、SMAD4、SMAD5、SMAD6、SMAD7、SNAI2、VEGFAから成る群から選択され、好ましくは、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45B、ID1、IL11、JUNB、SERPINE1、PDGFB、SKIL、SMAD7、SNAI2、及びVEGFAから成る群から選択され、より好ましくは、ANGPTL4、CDC42EP3、ID1、IL11、JUNB、SERPINE1、SKIL、及びSMAD7から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のPI3K標的遺伝子が、AGRP、BCL2L11、BCL6、BNIP3、BTG1、CAT、CAV1、CCND1、CCND2、CCNG2、CDKN1A、CDKN1B、ESR1、FASLG、FBXO32、GADD45A、INSR、MXI1、NOS3、PCK1、POMC、PPARGC1A、PRDX3、RBL2、SOD2、TNFSF10から成る群から選択され、好ましくはFBXO32、BCL2L11、SOD2、TNFSF10、BCL6、BTG1、CCNG2、CDKN1B、BNIP3、GADD45A、INSR、及びMXI1から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のWnt標的遺伝子が、CEMIP、AXIN2、CD44、RNF43、MYC、TBX3、TDGF1、SOX9、ASCL2、CXCL8、SP5、ZNRF3、EPHB2、LGR5、EPHB3、KLF6、CCND1、DEFA6、及びFZD7から成る群から選択され、好ましくはAXIN2、CD44、LGR5、CEMIP、MYC、CXCL8、SOX9、EPHB3、RNF43、TDGF1、ZNRF3、及びDEFA6から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のER標的遺伝子が、CDH26、SGK3、PGR、GREB1、CA12、XBP1、CELSR2、WISP2、DSCAM、ERBB2、CTSD、TFF1、PDZK1、IGFBP4、ESR1、SOD1、AP1B1、及びNRIP1から成る群から選択され、好ましくはTFF1、GREB1、PGR、SGK3、PDZK1、IGFBP4、NRIP1、CA12、XBP1、ERBB2、ESR1、及びCELSR2から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のHH標的遺伝子が、GLI1、PTCH1、PTCH2、IGFBP6、SPP1、CCND2、FST、FOXL1、CFLAR、TSC22D1、RAB34、S100A9、S100A7、MYCN、FOXM1、GLI3、TCEA2、FYN、及びCTSL1、から成る群から選択され、好ましくはGLI1、PTCH1、PTCH2、CCND2、IGFBP6、MYCN、FST、RAB34、GLI3、CFLAR、S100A7、及びS100A9から成る群から選択されることである。
特に好ましいのは、3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45A、GADD45B、HMGA2、ID1、JUNB、PDGFB、PTHLH、SERPINE1、SGK1、SKIL、SMAD4、SMAD5、SMAD6、SMAD7、SNAI2、VEGFAから成る群から選択され、好ましくは、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45B、ID1、JUNB、SERPINE1、SKIL、SMAD7、SNAI2、及びVEGFAから成る群から選択され、最も好ましくは、ANGPTL4、CDC42EP3、ID1、JUNB、SERPINE1、SKIL、及びSMAD7から成る群から選択されることである。
特に好ましいのは、
3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45B、ID1、JUNB、SERPINE1、SKIL、SMAD7、SNAI2、及びVEGFAであり、かつ/又は
3つ以上のPI3K標的遺伝子が、FBXO32、BCL2L11、SOD2、TNFSF10、BCL6、BTG1、CCNG2、CDKN1B、BNIP3、GADD45A、INSR、及びMXI1であり、かつ/又は
3つ以上のWnt標的遺伝子が、AXIN2、CD44、LGR5、CEMIP、MYC、CXCL8、SOX9、EPHB3、RNF43、TDGF1、ZNRF3、及びDEFA6であり、かつ/又は
3つ以上のER標的遺伝子が、TFF1、GREB1、PGR、SGK3、PDZK1、IGFBP4、NRIP1、CA12、XBP1、ERBB2、ESR1、及びCELSR2であり、かつ/又は
3つ以上のHH標的遺伝子が、GLI1、PTCH1、PTCH2、CCND2、IGFBP6、MYCN、FST、RAB34、GLI3、CFLAR、S100A7、及びS100A9であることである。
別の開示態様によれば、対象の試料において2つ以上の細胞シグナル伝達経路それぞれの3個以上の標的遺伝子の発現レベルを測定するための、及び、任意で、対象が疾患と関連する臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するためのキットは、
対象の試料において2つ以上の細胞シグナル伝達経路それぞれの、3個以上の、たとえば3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、又は12個以上の、標的遺伝子の発現レベルを決定するための1つ又は複数の構成要素を含み、
1つ又は複数の構成要素は、好ましくは、(例えばDNAアレイ・チップ、オリゴヌクレオチド・アレイ・チップ、タンパク質アレイ・チップ等の)マイクロアレイ・チップ、抗体、複数のプローブ、たとえば標識されたプローブ、RNAリバーサ転写酵素配列決定構成要素の組、及び/又は、RNA又はcDNAを含むDNAの増幅プライマーから成る群から選択され、
細胞シグナル伝達経路は、TGF-β経路と、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路のうちの1つ以上の経路とを含み、
任意で、当該キットは、本明細書に記載の本発明の装置、本明細書に記載の本発明の持続性記憶媒体、又は本明細書に記載の本発明のコンピュータ・プログラムを含む。
好ましいのは、
3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CDKN2B、CTGF、GADD45A、GADD45B、HMGA2、ID1、IL11、SERPINE1、INPP5D、JUNB、MMP2、MMP9、NKX2-5、OVOL1、PDGFB、PTHLH、SGK1、SKIL、SMAD4、SMAD5、SMAD6、SMAD7、SNAI1、SNAI2、TIMP1、及びVEGFAから成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のPI3K標的遺伝子が、ATP8A1、BCL2L11、BNIP3、BTG1、C1Oorf1O、CAT、CB1B、CCND1、CCND2、CDKN1B、DDB1、DYRK2、ERBB3、EREG、ESR1、EXT1、FASLG、FGFR2、GADD45A、IGF1R、IGFBP1、IGFBP3、INSR、LGMN、MXI1、PPM1D、SEMA3C、SEPP1、SESN1、SLC5A3、SMAD4、SOD2、TLE4、及びTNFSF10から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のWnt標的遺伝子が、ADRA2C、ASCL2、AXIN2、BMP7、CCND1、CD44、COL18A1、DEFA6、DKK1、EPHB2、EPHB3、FAT1、FZD7、GLUL、HNF1A、CXCL8、CEMIP、KLF6、LECT2、LEF1、LGR5、MYC、NKD1、OAT、PPARG、REG1B、RNF43、SLC1A2、SOX9、SP5、TBX3、TCF7L2、TDGF1、及びZNRF3から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のER標的遺伝子が、AP1B1、ATP5J、COL18A1、COX7A2L、CTSD、DSCAM、EBAG9、ESR1、HSPB1、KRT19、NDUFV3、NRIP1、PGR、PISD、PRDM15、PTMA、RARA、SOD1、TFF1、TRIM25、XBP1、GREB1、IGFBP4、MYC、SGK3、WISP2、ERBB2、CA12、CDH26、及びCELSR2から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のHH標的遺伝子が、GLI1、PTCH1、PTCH2、HHIP、SPP1、TSC22D1、CCND2、H19、IGFBP6、TOM1、JUP、FOXA2、MYCN、NKX2-2、NKX2-8、RAB34、MIF、GLI3、FST、BCL2、CTSL1、TCEA2、MYLK、FYN、PITRM1、CFLAR、IL1R2、S100A7、S100A9、CCND1、JAG2、FOXM1、FOXF1、及びFOXL1から成る群から選択されることである。
さらに好ましいのは、
3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45A、GADD45B、HMGA2、ID1、IL11、JUNB、PDGFB、PTHLH、SERPINE1、SGK1、SKIL、SMAD4、SMAD5、SMAD6、SMAD7、SNAI2、VEGFAから成る群から選択され、好ましくは、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45B、ID1、IL11、JUNB、SERPINE1、PDGFB、SKIL、SMAD7、SNAI2、及びVEGFAから成る群から選択され、より好ましくは、ANGPTL4、CDC42EP3、ID1、IL11、JUNB、SERPINE1、SKIL、及びSMAD7から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のPI3K標的遺伝子が、AGRP、BCL2L11、BCL6、BNIP3、BTG1、CAT、CAV1、CCND1、CCND2、CCNG2、CDKN1A、CDKN1B、ESR1、FASLG、FBXO32、GADD45A、INSR、MXI1、NOS3、PCK1、POMC、PPARGC1A、PRDX3、RBL2、SOD2、TNFSF10、から成る群から選択され、好ましくは、FBXO32、BCL2L11、SOD2、TNFSF10、BCL6、BTG1、CCNG2、CDKN1B、BNIP3、GADD45A、INSR、及びMXI1から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のWnt標的遺伝子が、CEMIP、AXIN2、CD44、RNF43、MYC、TBX3、TDGF1、SOX9、ASCL2、CXCL8、SP5、ZNRF3、EPHB2、LGR5、EPHB3、KLF6、CCND1、DEFA6、及びFZD7から成る群から選択され、好ましくは、AXIN2、CD44、LGR5、CEMIP、MYC、CXCL8、SOX9、EPHB3、RNF43、TDGF1、ZNRF3、及びDEFA6から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のER標的遺伝子が、CDH26、SGK3、PGR、GREB1、CA12、XBP1、CELSR2、WISP2、DSCAM、ERBB2、CTSD、TFF1、PDZK1、IGFBP4、ESR1、SOD1、AP1B1、及びNRIP1、から成る群から選択され、好ましくは、TFF1、GREB1、PGR、SGK3、PDZK1、IGFBP4、NRIP1、CA12、XBP1、ERBB2、ESR1、及びCELSR2から成る群から選択され、
かつ/又は
3つ以上のHH標的遺伝子が、GLI1、PTCH1、PTCH2、IGFBP6、SPP1、CCND2、FST、FOXL1、CFLAR、TSC22D1、RAB34、S100A9、S100A7、MYCN、FOXM1、GLI3、TCEA2、FYN、及びCTSL1、から成る群から選択され、好ましくは、GLI1、PTCH1、PTCH2、CCND2、IGFBP6、MYCN、FST、RAB34、GLI3、CFLAR、S100A7、及びS100A9から成る群から選択されることである。
特に好ましいのは、3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45A、GADD45B、HMGA2、ID1、JUNB、PDGFB、PTHLH、SERPINE1、SGK1、SKIL、SMAD4、SMAD5、SMAD6、SMAD7、SNAI2、VEGFAから成る群から選択され、好ましくは、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45B、ID1、JUNB、SERPINE1、SKIL、SMAD7、SNAI2、及びVEGFAから成る群から選択され、最も好ましくは、ANGPTL4、CDC42EP3、ID1、JUNB、SERPINE1、SKIL、及びSMAD7から成る群から選択されることである。
特に好ましいのは、
3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45B、ID1、JUNB、SERPINE1、SKIL、SMAD7、SNAI2、及びVEGFAであり、かつ/又は
3つ以上のPI3K標的遺伝子が、FBXO32、BCL2L11、SOD2、TNFSF10、BCL6、BTG1、CCNG2、CDKN1B、BNIP3、GADD45A、INSR、及びMXI1であり、かつ/又は
3つ以上のWt標的遺伝子が、AXIN2、CD44、LGR5、CEMIP、MYC、CXCL8、SOX9、EPHB3、RNF43、TDGF1、ZNRF3、及びDEFA6であり、かつ/又は
3つ以上のER標的遺伝子が、TFF1、GREB1、PGR、SGK3、PDZK1、IGFBP4、NRIP1、CA12、XBP1、ERBB2、ESR1、及びCELSR2であり、かつ/又は
3つ以上のHH標的遺伝子が、GLI1、PTCH1、PTCH2、CCND2、IGFBP6、MYCN、FST、RAB34、GLI3、CFLAR、S100A7、及びS100A9であることである。
別の開示態様によれば、本明細書に記載の本発明のキットは、本明細書に記載の本発明の方法を実施する際に使用される。
1つの利点は、たとえば、TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路の確率論的又は他の数学経路モデルを使用することなどによる2つ以上の細胞シグナル伝達経路の解析に基づいて、特に、対象が疾患、たとえば癌、特に乳癌と関連した臨床事象を規定期間内に経験するリスクであって、細胞シグナル伝達経路の推測活性を組み合わせたものに基づいて決定されるリスク・スコアによって示されたリスクに基づいて、対象に対する治療を決定することによって臨床推奨を提供するように適合されている臨床判断支援(CDS)システムにある。
別の利点は、対象が疾患、たとえば癌、特に乳癌と関連した臨床事象を規定期間内に経験する別々のリスクであって、2つ以上の細胞シグナル伝達経路の推測活性を組み合わせたものに基づいて決定されるリスク・スコアによって示された別々のリスクと関連付けられた、複数のリスク群のうちの少なくとも1つに対象を割り当てるように適合されているCDSシステムにある。
別の利点は、対象が疾患、たとえば癌、特に乳癌と関連した臨床事象を規定期間内に経験する、2つ以上の細胞シグナル伝達経路の推測活性を組み合わせたものに基づいて決定されるリスク・スコアを、1つ又は複数の追加予後検査から得られた1つ又は複数のリスク・スコアと組み合わせることにある。
本明細書に記載の本発明はまた、たとえば、2つ以上の細胞シグナル伝達経路の推測活性を組み合わせたものに基づく予後及び/又は予測、及び/又は
2つ以上の細胞シグナル伝達経路の推測活性を組み合わせたものに基づく、たとえば化学療法及び/又はホルモン治療の薬効の予測、及び/又は
2つ以上の細胞シグナル伝達経路の推測活性を組み合わせたものに基づく薬効の監視、及び/又は
2つ以上の細胞シグナル伝達経路の推測活性を組み合わせたものに基づく薬物開発、及び/又は
2つ以上の細胞シグナル伝達経路の推測活性を組み合わせたものに基づくアッセイ開発、及び/又は
2つ以上の細胞シグナル伝達経路の推測活性を組み合わせたものに基づく癌進行度分類、に関連して有利に使用することもでき、
それぞれの場合で、細胞シグナル伝達経路には、TGF-β経路と、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路のうちの1つ以上の経路とが含まれる。
さらなる利点は、添付の図、及び以下の説明を読み理解すれば、特に本明細書で以下に提示される詳細な実施例を読めば、当業者には明らかになろう。
請求項1に記載の方法、請求項10に記載の装置、請求項11に記載の非一時的記憶媒体、請求項12に記載のコンピュータ・プログラム、請求項13から14に記載のキット、及び請求項15に記載のキットの使用には、同様の、及び/又は同一の好ましい、特に、従属請求項に定義された実施形態があることを理解されたい。
本発明の好ましい実施形態はまた、従属請求項又は上記の実施形態を、それぞれの独立請求項と任意に組み合わせたものにもできることを理解されたい。
本発明の上記その他の態様は、以下に記載の実施形態から明らかになり、またそれを参照して解明されよう。
本発明では、標的遺伝子の固有の組の発現レベルの解析を利用する。特に適切な標的遺伝子は、以下の文字経路、並びに以下の実施例(たとえば、以下の表1から表21参照)に記載されている。
すなわち、一実施形態では標的遺伝子が、表1、表2、表3、表4、表5、表6、表7、表8、表9、表10、表11、表12、表13、表14、表15、表16、表17、表18、表19、表20、又は表21に列挙された標的遺伝子から成る群から選択される。
TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路それぞれの転写プログラムをモデル化するために使用される、本明細書ではベイジアン・ネットワーク・モデルである、数学モデルを概略的及び例示的に示す図である。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路とPI3K経路の各推測活性を合わせたものである、MPStpリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=1.7e-9)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路及びWnt経路の各推測活性を合わせたものである、MPStwリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=2.9e-3)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路及びER経路の各推測活性を合わせたものである、MPSteリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=8.7e-9)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路及びHH経路の各推測活性を合わせたものである、MPSthリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=5.8e-9)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路、PI3K経路及びWnt経路の各推測活性を合わせたものである、MPStpwリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=1.4e-8)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路、PI3K経路及びER経路の各推測活性を合わせたものである、MPStpeリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=7.1e-13)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路、PI3K経路及びHH経路の各推測活性を合わせたものである、MPStphリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=1.5e-10)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路、Wnt経路及びER経路の推測活性を合わせたものである、MPStweリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=4.1e-7)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路、Wnt経路及びHH経路の推測活性を合わせたものである、MPStwhリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=4.2e-4)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路、ER経路及びHH経路の推測活性を合わせたものである、MPStehリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=1.3e-10)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路及びER経路の各推測活性を合わせたものである、MPStpweリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=6.8e-12)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路及びHH経路の各推測活性を合わせたものである、MPStpwhリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=4.5e-9)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路、PI3K経路、ER経路及びHH経路の各推測活性を合わせたものである、MPStpehリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=2.9e-12)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路、Wnt経路、ER経路及びHH経路の推測活性を合わせたものである、MPStwehリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=6.6e-11)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路及びHH経路の各推測活性を合わせたものである、MPStpwehリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=8.6e-12)。 E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者の無病生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。3つの患者群は、TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路及びHH経路の選択標的遺伝子と関連付けられた各プローブセットを合わせたものである、MPSprobesetsリスク・スコアの三分位値に基づいて分けられている。高リスク患者と低リスク患者の生存曲線間の差は明らかに有意である(対数順位検定は、p=1.3e-7)。 5年(下方、点線)及び10年(上方、実線)の無病生存期間の可能性を、例として非密封MPStpwehを使用して示すグラフである。 対象が臨床事象を特定の期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するように構成された、本明細書に開示の臨床判断支援(CDS)システムを示す図である。 リスク・スコアをPI3K経路及び追加の細胞シグナル伝達経路の標的遺伝子の発現レベルの測定に基づいて決定するプロセスを例示的に示す流れ図である。 生存データを用いた複数経路スコア(MPS)モデルを較正するプロセスを例示的に示す流れ図である。 較正された複数経路スコア(MPS)モデルからリスク・スコアを計算するプロセスを例示的に示す流れ図である。 細胞シグナル伝達経路の標的遺伝子のRT-qPCR解析からCq値を決定するプロセスを例示的に示す流れ図である。 1294乳癌試料についての活性(P>0.5)経路の分布を示すグラフである。活性経路の合計は、活性であることが試料で判明している複数の経路が患者にあり得るので、患者の総数を超えている。 1294乳癌試料についての限界活性(P>0.2)経路の分布を示すグラフである。活性経路の合計は、活性であることが試料で判明している複数の経路が患者にあり得るので、患者の総数を超えている。 経路活性に応じて分けられた、1169人の乳癌患者の無再発生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。 MPSの高い(丸)及び低い(四角)三分位値に応じて分けられた1169人の乳癌患者の無再発生存期間のカプラン・マイヤー・グラフである。 1169人の患者の無再発生存期間の一変量及び多変量のコックス回帰を示す図であり、PARのp値が両側になっている。 1294人の乳癌患者のうち少なくとも2つの活性経路がある167人(13%)についての、活性経路の各組合せの出現頻度を示すグラフである。 管腔Aサブタイプに対するPAM50アルゴリズムの内因性サブタイプによる、乳癌サブタイプについての経路活性の分布を示すグラフである。 PAM50アルゴリズムの内因性サブタイプによる、乳癌サブタイプについての経路活性の分布のカプラン・マイヤー・グラフ、及び管腔Aサブタイプに対するサブタイプ内のMPSスコアの低い(四角)及び高い(丸)三分位値による、関連する無再発生存期間を示すグラフであり、示されたp値は対数順位統計を用いて計算されている。 管腔Bサブタイプに対するPAM50アルゴリズムの内因性サブタイプによる、乳癌サブタイプについての経路活性の分布を示すグラフである。 PAM50アルゴリズムの内因性サブタイプによる、乳癌サブタイプについての経路活性の分布のカプラン・マイヤー・グラフ、及び管腔Bサブタイプに対するサブタイプ内のMPSスコアの低い(四角)及び高い(丸)三分位値による、関連する無再発生存期間を示すグラフであり、示されたp値は対数順位統計を用いて計算されている。 HER2豊富サブタイプに対するPAM50アルゴリズムの内因性サブタイプによる、乳癌サブタイプについての経路活性の分布を示すグラフである。 PAM50アルゴリズムの内因性サブタイプによる、乳癌サブタイプについての経路活性の分布のカプラン・マイヤー・グラフ、及びHER2豊富サブタイプに対するサブタイプ内のMPSスコアの低い(四角)及び高い(丸)三分位値による、関連する無再発生存期間を示すグラフであり、示されたp値は対数順位統計を用いて計算されている。 Basalサブタイプに対するPAM50アルゴリズムの内因性サブタイプによる、乳癌サブタイプについての経路活性の分布を示すグラフである。 PAM50アルゴリズムの内因性サブタイプによる、乳癌サブタイプについての経路活性の分布のカプラン・マイヤー・グラフ、及びBasalサブタイプに対するサブタイプ内のMPSスコアの低い(四角)及び高い(丸)三分位値による、関連する無再発生存期間を示すグラフであり、示されたp値は対数順位統計を用いて計算されている。 正常様サブタイプに対するPAM50アルゴリズムの内因性サブタイプによる、乳癌サブタイプについての経路活性の分布を示すグラフである。 PAM50アルゴリズムの内因性サブタイプによる、乳癌サブタイプについての経路活性の分布のカプラン・マイヤー・グラフ、及び正常様サブタイプに対するサブタイプ内のMPSスコアの低い(四角)及び高い(丸)三分位値による、関連する無再発生存期間を示すグラフであり、示されたp値は対数順位統計を用いて計算されている。 MPSと21遺伝子再発スコア(RS)の比較を示すグラフである。検定組の1005人の患者について、RS、MPS及び結合スコアが記載のように計算された。疾患再発率が5年以内のMPS(三角)、21遺伝子RS(四角)及び結合スコア(丸)の関数として。 MPSと21遺伝子再発スコア(RS)の比較を示すグラフである。検定組の1005人の患者について、RS、MPS及び結合スコアが記載のように計算された。疾患再発率が10年以内のMPS(三角)、21遺伝子RS(四角)及び結合スコア(丸)の関数として。 MPSと21遺伝子再発スコア(RS)の比較を示すグラフである。検定組の1005人の患者について、RS、MPS及び結合スコアが記載のように計算された。図29Aに対応する、MPS、21遺伝子再発スコア(RS)及び結合スコアの5年間分布が示されている。 MPSと21遺伝子再発スコア(RS)の比較を示すグラフである。検定組の1005人の患者について、記載のRS、MPS及び結合スコアが計算された。図29Bに対応する、MPS、21遺伝子再発スコア(RS)及び結合スコアの10年間の分布が示されている。 MPSと21遺伝子再発スコア(RS)の比較を示すグラフである。検定組の1005人の患者について、RS、MPS及び結合スコアが記載のように計算された。5年以内の疾患再発のROC曲線(* p<0.05、** p<0.01、**** p<0.0001)は、MPSとRSが同等であることを示すが、両関数の結合スコアが統計的により正確である。 MPSと21遺伝子再発スコア(RS)の比較を示すグラフである。検定組の1005人の患者について、RS、MPS及び結合スコアが記載のように計算された。10年以内の疾患再発のROC曲線(* p<0.05、** p<0.01、**** p<0.0001)は、MPSがRSよりも統計的により正確であることを示す。 精漿又は5ng/mLのTGF-β3(GSE35830)で刺激された子宮頸部上皮細胞(Ect1)に対し「11標的遺伝子リスト」を使用する、訓練されたベイジアン・ネットワーク・モデルのTGF-β細胞シグナル伝達経路活性予測を示すグラフである。(説明文 1- コントロール、TGF-βなし、2- 10%精漿で刺激、3- 5ng/mLのTGF-β3で刺激) 精漿又は5ng/mLのTGF-β3(GSE35830)で刺激された子宮頸部上皮細胞(Ect1)に対し「11標的遺伝子+SERPINE1リスト」を使用する、訓練されたベイジアン・ネットワーク・モデルのTGF-β細胞シグナル伝達経路活性予測を示すグラフである。(説明文 1- コントロール、TGF-βなし、2- 10%精漿で刺激、3- 5ng/mLのTGF-β3で刺激) 10ng/mLのTNF及び2ng/mLのTGF-β(GSE42373)で刺激された、又は刺激されないA549肺腺癌細胞株の2D及び3D培養において「11標的遺伝子リスト」を使用する、訓練されたベイジアン・ネットワーク・モデルのTGF-β細胞シグナル伝達経路活性予測を示すグラフである。(説明文 1- 2Dコントロール、2- 2D TGF-β及びTNFα、3- 3Dコントロール、4- 3D TGF-β及びTNFα) 10ng/mLのTNF及び2ng/mLのTGF-β(GSE42373)で刺激された、又は刺激されないA549肺腺癌細胞株の2D及び3D培養において「11標的遺伝子+SERPINE1リスト」を使用する、訓練されたベイジアン・ネットワーク・モデルのTGF-β細胞シグナル伝達経路活性予測を示すグラフである。(説明文 1- 2Dコントロール、2- 2D TGF-β及びTNFα、3- 3Dコントロール、4- 3D TGF-β及びTNFα) 神経膠腫患者、及びGSE16011からのいくつかのコントロール試料に対し「11標的遺伝子リスト」を使用する、訓練されたベイジアン・ネットワーク・モデルのTGF-β細胞シグナル伝達経路活性予測を示すグラフである。(説明文 1- 星状細胞腫(グレードII)、2- 星状細胞腫(グレードIII)、3- コントロール、4- 多形膠芽腫(グレードIV)、5- 乏突起膠星細胞腫瘍(グレードII)、6- 乏突起膠星細胞腫(グレードIII)、7- 乏突起膠細胞系腫瘍(グレードII)、8- 乏突起膠細胞系腫瘍(グレードIII)、9- 毛様細胞性星状細胞腫(グレードI)) 神経膠腫患者、及びGSE16011からのいくつかのコントロール試料に対し「11標的遺伝子+SERPINE1リスト」を使用する、訓練されたベイジアン・ネットワーク・モデルのTGF-β細胞シグナル伝達経路活性予測を示すグラフである。(説明文 1- 星状細胞腫(グレードII)、2- 星状細胞腫(グレードIII)、3- コントロール、4- 多形膠芽腫(グレードIV)、5- 乏突起膠星細胞腫瘍(グレードII)、6- 乏突起膠星細胞腫瘍(グレードIII)、7- 乏突起膠細胞系腫瘍(グレードII)、8- 乏突起膠細胞系腫瘍(グレードIII)、9- 毛様細胞性星状細胞腫(グレードI))
以下の例は単に、特に好ましい方法、及びそれに関連する選択された態様を例示するにすぎない。以下で提供される教示を用いて、いくつかの試験及び/又はキットを構築することができる。以下の例は、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
実施例1 2つ以上の細胞シグナル伝達経路の活性の推測
公開されている国際特許出願WO2013/011479A2(「Assessment of cellular signaling pathway activity using probabilistic modeling of target gene expression」)に詳細に記載されているように、確率モデル、たとえばベイジアン・モデルを構築すると共に、いくつかの異なる標的遺伝子の発現レベルと細胞シグナル伝達経路の活性との間の条件付き確率関係を組み込むことによって、このようなモデルを使用して、細胞シグナル伝達経路の活性を高い精度で決定することができる。さらに、確率モデルは、容易に更新して、より最近の臨床研究によって得られた付加的な知識を組み込むことが、条件付き確率を調整することによって、及び/又は新しいノードをモデルに追加して付加的な情報源を表すことによって可能である。このようにして、確率モデルは、最近の医学的知識を具現化するのに適切なように更新することができる。
この手法を使用する場合、Wnt標的遺伝子、ER標的遺伝子、及びHH標的遺伝子は、好ましくはWO2013/011479A2のセクション「Example 3: Selection of target genes」及び「Example 4: Comparison of evidence curated list and broad literature list」に記載された方法に従って選択され、確率モデルは、好ましくはWO2013/011479A2の「Example 5: Training and using the Bayesian network」に記載された方法に従って訓練される。Wnt経路、ER経路、及びAR経路の活性を決定するために使用される標的遺伝子の適切な選択は、添付の特許請求の範囲に定義されている。
公開されている国際特許出願WO2014/102668A2(「Assessment of cellular signaling pathway activity using linear combination(s) of target gene expressions」)に詳細に記載されている、理解及び解釈するのが容易な別の手法では、特定の細胞シグナル伝達経路の活性は、細胞シグナル伝達経路の1つ又は複数の標的遺伝子の発現レベルと転写因子(TF)要素の活性レベルとの間の関係を組み込む数学モデル(たとえば、線形又は(擬似)線形モデル)を構築することによって決定される。このTF要素は、細胞シグナル伝達経路の1つ又は複数の標的遺伝子の転写を制御し、このモデルは、1つ又は複数の標的遺伝子の発現レベルの1つ又は複数の一次結合に基づいている。
この手法を使用する場合、Wnt標的遺伝子、ER標的遺伝子、及びHH標的遺伝子は、好ましくはWO2014/102668A2のセクション「Example 2: Selection of target genes」及び「Example 3: Comparison of evidence curated list and broad literature list」に記載された方法に従って選択され、確率モデルは、好ましくはWO2014/102668A2の「Example 4: Training and using the mathematical model」に記載された方法に従って訓練される。添付の特許請求の範囲に定義された標的遺伝子の選択もまた、Wnt経路、ER経路、及びHH経路の活性をこの後者の手法によって決定するのに有効である。
2つの異なる手法に関して、1つ又は複数の標的遺伝子の発現レベルは、好ましくはmRNAのレベルの測定値とすることができ、この測定値は、たとえば、標的遺伝子mRNA配列と関連付けられたプローブを使用する(RT)-PCR及びマイクロアレイ技法、並びにRNA配列決定の結果とすることができる。別の実施形態では、1つ又は複数の標的遺伝子の発現レベルは、タンパク質レベルによって、たとえば標的遺伝子によってコードされたタンパク質の濃度によって、測定することができる。
上記の発現レベルは、任意選択で、この用途によりよく適切であることもないこともある多くの方法で変換することができる。たとえば、4つの異なる発現レベル、たとえばマイクロアレイによるmRNAレベルの変換は、
「連続データ」にすること、すなわち、MAS5.0及びfRMAなどのよく知られているアルゴリズムを使用してマイクロアレイの処理後に得られる発現レベルとすること、
「zスコア」にすること、すなわち、全試料の平均が0になり標準偏差が1になるように基準化された連続発現レベルとすること、
「離散的」にすること、すなわち、ある特定の閾値を超えるすべての発現が1に、それ未満が0に設定される(たとえば、プローブセットの閾値は、いくつかの陽性の臨床試料と同じ数の陰性の臨床試料の組におけるその値の中央値に選ぶことができる)ものとすること、
「ファジー」にすること、すなわち、連続発現レベルが0と1の間の値に、次式
1/(1+exp((thr-expr)/se))
のシグモイド関数を使用して変換されるものとすることができ、ここで、exprは連続発現レベルであり、thrは前述の閾値であり、seは0と1の間の差に影響を及ぼす軟化パラメータである。
構築することができる最も簡単なモデルの1つは、第1の層の転写因子(TF)を表すノードと、たとえばマイクロアレイ又は(q)PCR実験において、第2の層の特定の標的遺伝子と特に高い相関関係がある1つのプローブセットによる、標的遺伝子発現強度レベルの直接測定値を表す重み付けノードとを有するモデルである。重みは、訓練データ・セットからの計算に基づくこと、又は専門的知識に基づくことができる。複数の発現レベルが標的遺伝子ごとに測定される可能性がある場合に(たとえば、1つの標的遺伝子が複数のプローブセットを用いて測定され得るマイクロアレイ実験の場合に)、標的遺伝子ごとに1つの発現レベルしか使用しないというこの手法は、特に単純である。特定の標的遺伝子に使用される1つの発現レベルを選択する具体的な方法は、訓練データ・セットの活性試料と不活性試料を最善に分離できるプローブセットによる発現レベルを使用することである。このプローブセットを決定する1つの方法は、統計的検定、たとえばt検定を行い、最小のp値を持つプローブセットを選択することである。最小のp値を持つ、訓練データ・セットの発現レベルのプローブは、定義により、(既知の)活性及び不活性試料の発現レベルが重なり合う確率が最小のプローブである。もう1つの選択方法は、オッズ比に基づく。このようなモデルでは、1つ又は複数の発現レベルが1つ又は複数の標的遺伝子のそれぞれに与えられ、1つ又は複数の一次結合が、1つ又は複数の標的遺伝子のそれぞれに重み付け項を含む一次結合を含み、各重み付け項は、それぞれの標的遺伝子に与えられた1つ又は複数の発現レベルのうちのただ1つの発現レベルに基づいている。ただ1つの発現レベルが標的遺伝子ごとに上述のように選ばれる場合、そのモデルは「最も判別的なプローブセット」モデルと呼ぶことができる。
「最も判別的なプローブセット」モデルの代替形態では、複数の発現レベルが標的遺伝子ごとに測定される可能性がある場合に、標的遺伝子ごとに与えられるすべての発現レベルを利用することが可能である。このようなモデルでは、1つ又は複数の発現レベルが1つ又は複数の標的遺伝子のそれぞれに与えられ、1つ又は複数の一次結合が、1つ又は複数の標的遺伝子に与えられた1つ又は複数の発現レベルのうちの全発現レベルの一次結合を含む。言い換えると、1つ又は複数の標的遺伝子それぞれについて、それぞれの標的遺伝子に与えられた1つ又は複数の発現レベルのそれぞれに、一次結合においてそれ自体の(個々の)重みによって重み付けすることができる。この変形形態は、「全プローブセット」モデルと呼ぶことができる。これには、与えられた発現レベルすべてを利用しながらも比較的単純であるという利点がある。
上述の両モデルには、「単層」モデルとみなせるものであるという共通点があり、TF要素の活性レベルは、発現レベルの一次結合に基づいて計算される。
TF要素の活性レベルがそれぞれのモデルを評価することによって決定された後、決定されたTF要素活性レベルは、細胞シグナル伝達経路の活性を推測するための閾値とすることができる。このような適切な閾値を計算する方法は、不活性経路を有することが分かっている訓練試料の決定されたTF要素活性レベルwlcと、活性経路を持つ訓練試料とを比較することである。そのようにする、またこれらの群において分散も考慮に入れる方法は、閾値
Figure 0007065610000001
を使用して与えられ、
ここで、σ及びμは訓練試料の標準偏差及び平均値である。少数の試料しか活性及び/又は不活性訓練試料において入手できない場合には、擬似数を計算分散に、2つの群の分散の平均に基づいて加えることができる。
Figure 0007065610000002
ここで、νは、群の決定されたTF要素活性レベルwlcの分散であり、xは正の擬似数、たとえば1又は10であり、nact及びnpasはそれぞれ活性試料及び不活性試料の数である。標準偏差σは、分散νの平方根をとることによって得ることができる。
閾値は、解釈を容易にするために、TF要素wlcの決定された活性レベルから差し引いて、細胞シグナル伝達経路の活性スコアを得ることができ、それにより、負の値が不活性細胞シグナル伝達経路に対応し、正の値が活性細胞シグナル伝達経路に対応するようになる。
説明した「単層」モデルの代替形態として、ある経路の活性信号伝達を実験的に決定することを表す「2層」モデルを使用することができる。すべての標的遺伝子について要約レベルが、一次結合を使用して、その関連するプローブセットの測定強度に基づいて計算される(「第1の(下部)層」)。計算要約値は引き続き、別の一次結合を使用して、経路の他の標的遺伝子の要約値と結合される(「第2の(上部)層」)。重みは、訓練データ・セットから、若しくは専門的知識に基づいて、又はこれらを合わせたものに基づいて、知ることができる。別の言い方をすると、「2層」モデルにおいて、1つ又は複数の発現レベルが1つ又は複数の標的遺伝子のそれぞれに与えられ、1つ又は複数の一次結合は、1つ又は複数の標的遺伝子のそれぞれに対し、それぞれの標的遺伝子に与えられた1つ又は複数の発現レベルのうちの全発現レベルの第1の一次結合を含む(第1の(下部)層)。このモデルはさらに、1つ又は複数の標的遺伝子のそれぞれに重み付け項を含む別の一次結合に基づいており、各重み付け項は、それぞれの標的遺伝子の第1の一次結合に基づいている(「第2の(上部)層」)。
要約値の計算は、「2層」モデルの好ましいバージョンでは、訓練データを使用して各標的遺伝子の閾値を定義すること、及び計算された一次結合から閾値を差し引いて遺伝子要約を得ることを含む。ここで、閾値は、負の遺伝子要約レベルが下方調節標的遺伝子に対応し、正の遺伝子要約レベルが上方調節標的遺伝子に対応するように選ぶことができる。また、遺伝子要約値が、たとえば上述の変換(ファジー、離散など)の1つを使用して、それらが「第2の(上部)層」で結合される前に変換されるということも可能性がある。
TF要素の活性レベルが、「2層」モデルを評価することによって決定された後、決定されたTF要素活性レベルは、上述のように、細胞シグナル伝達経路の活性を推測するための閾値とすることができる。
本明細書では、WO2014/102668A2に関連して上述したモデルが「(擬似)線形モデル」と総称される。
数学モデル構築に関する上記の説明は、TGF-β経路及びPI3K経路の活性の推測、標的遺伝子の選択及び訓練にもまた当てはまり、また数学モデルの使用は、Wnt経路、ER経路、及びHH経路と比較して、TGF-β経路及びPI3K経路に対してある程度修正された。したがって、これらのステップは、TGF-β経路について以下でより詳細に説明される。その後、これは、PI3K経路について説明される。
(A)TGF-β経路
(i)標的遺伝子の選択
転写因子(TF)は、タンパク質複合体(すなわち、特定の構造で結合したタンパク質の複合化したもの)又はタンパク質であり、特定のDNA配列に結合することによって標的遺伝子からの転写を調節し、それによってDNAからmRNAへの遺伝情報の転写を制御することができる。このTF複合体の作用により直接産生されたmRNAは、本明細書では(転写因子の)「直接標的遺伝子」と呼ばれる。細胞シグナル伝達経路活性化によりまた、「間接標的遺伝子」と呼ばれる、さらなる第2の遺伝子転写が生じ得る。以下では、細胞シグナル伝達経路活性とmRNAレベルの間の直接連結として直接標的遺伝子を含む、又は直接標的遺伝子から成る(擬似)線形モデル又はベイジアン・ネットワーク・モデルが(例示的数学モデルとして)好ましいが、直接標的遺伝子と間接標的遺伝子の差異がいつも明らかであるとは限らない。本明細書では、スコアリング関数を使用して、利用可能な科学文献データに基づき直接標的遺伝子を選択する方法が提示される。それにもかかわらず、限られた情報並びに生物学的バリエーション及び不確実性により、間接標的遺伝子の偶発的な選択を除外することはできない。標的遺伝子を選択するために、「www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed」でアクセスすることができ、本明細書では別に「Pubmed」と呼ばれる、国立保健研究所のMEDLINEデータベースが使用されて選択標的遺伝子のリストが生成された。
推定TGF-β標的遺伝子を含む刊行物は、2013年の第4四半期及び2014年の第1四半期の期間に、(「TGF-β」 AND 「target gene」)などの照会文を使用することによって探索された。得られた刊行物はさらに、以下で詳細に説明する方法論に従って、手作業で解析された。
特定の細胞シグナル伝達経路mRNA標的遺伝子が科学文献から、ランキング・システムを使用することによって選択され、特定の標的遺伝子の科学的証拠が、証拠が累積された科学実験のタイプに応じて格付けされた。一部の実験的証拠は、たとえば、TGF-β細胞シグナル伝達軸が活性であることが分かっている細胞株のマイクロアレイ上で、増加するプローブセットの強度によって検出される増加するmRNAのように、遺伝子が直接標的遺伝子であることを単に示唆するにすぎないが、別の証拠は、同定された細胞シグナル伝達経路TF結合部位と、細胞内の特定の細胞シグナル伝達経路の刺激後のクロマチン免疫沈降(ChIP)アッセイにおけるこの部位の検索と、細胞株における細胞シグナル伝達経路の特定の刺激後のmRNAの増加とを合わせたもののように、非常に強力になり得る。
特定の細胞シグナル伝達経路標的遺伝子を見つける実験のいくつかのタイプを科学文献で特定することができる。
1.対象の細胞シグナル伝達経路のTFがゲノム上のその結合部位に直接結合することが示される、ChIP実験。例として、クロマチン免疫沈降(ChIP)技術を引き続き使用することによって、TGF-β経路の、たとえばTGF-βを用いた刺激による、活性誘導がある細胞株とない細胞株のDNAの推定機能TGF-β TF結合部位が、純粋にヌクレオチド配列に基づいて認識された結合部位のサブセットとして同定された。推定機能が、TFがDNA結合部位に結合することが見出されたというChIP由来の証拠として同定された。
2.結合配列を含むDNAの断片へのTFの結合を生体外で示す電気泳動移動度シフト(EMSA)アッセイ。ChIPによる証拠と比較して、EMSAによる証拠は、それを生体外状況に変換することができないので、あまり強力ではない。
3.細胞シグナル伝達経路を刺激すること、及びmRNA発現を、マイクロアレイ、RNA配列決定、定量PCR又は他の技法を使用して測定すること、細胞シグナル伝達経路誘導性細胞株を使用すること、及び誘導後の少なくとも1つの時点、しかし好ましくはいくつかの時点で測定されたmRNAプロファイルを、タンパク質への翻訳を阻害するシクロヘキシミドの存在下で測定すること。したがって誘導されたmRNAは直接標的遺伝子であると考えられる。
4.3と同様であるが、別法として、mRNA発現をさらに下流で、ウエスタンブロット法などのタンパク質存在量測定法を用いて測定する。
5.バイオ・インフォマティクス手法を使用してゲノム内のTF結合部位を同定すること。TGF-β TF要素の例として、SMAD結合モチーフ5’-AGAC-3’を使用して、ヒトゲノム配列に対しソフトウェア・プログラムが実行され、潜在的な結合部位が、遺伝子プロモータ領域でも他の遺伝子領域でも同定された。
6.3と同様であるが、ただシクロヘキシミドがない状態で。
7.4と同様であるが、ただシクロヘキシミドがない状態で。
最も単純な形で、遺伝子が転写因子のTGF-βファミリーの標的遺伝子であると同定されたこれらの実験的手法のそれぞれについて、すべての潜在的遺伝子に1ポイントを与えることができる。この相対的なランキング方策を使用して、最も信頼できる標的遺伝子のリストを作ることができる。
或いは別の方法のランキングを使用して、生体外直接標的遺伝子に最も多くの証拠をもたらす技術により多くのポイント数を与えることによって、直接標的遺伝子である可能性が最も高い標的遺伝子を同定することができる。上記のリストでは、これは、実験手法1)では8ポイント、2)では7ポイントになり、実験手法8)では1ポイントまで下がっていくということになる。このようなリストは、「一般的な標的遺伝子リスト」と呼ぶことができる。
生物学的バリエーション及び不確実性にもかかわらず、本発明者らは、直接標的遺伝子が、組織に依存せずに誘導される可能性が最も高いと仮定した。これらの標的遺伝子のリストは「標的遺伝子の証拠精選リスト」と呼ぶことができる。このような標的遺伝子の証拠精選リストを使用して、様々な組織源から来る試料に適用できるTGF-β経路の計算モデルを構築した。
以下では、どのようにして証拠精選標的遺伝子リストの選択がTGF-β経路について具体的に構築されたかを例示的に示す。
刊行物で報告された、ChIP、EMSA、差次的発現、ノックダウン/アウト、ルシフェラーゼ遺伝子レポーターアッセイ、配列解析などの実験的証拠のタイプごとにポイントを与えるスコアリング関数が導入された。同一の実験的証拠が場合により複数の刊行物に記載されていて、その結果、対応するポイント数が得られ、たとえば、2つの刊行物が1つのChIP結果について述べていると、単一のChIP結果に与えられるスコアの2倍になる。さらなる解析が行われて、1つのタイプの実験的証拠しかない、たとえば差次的発現ではなく、多様なタイプの実験的証拠がある遺伝子だけが認められた。利用可能な複数のタイプの実験的証拠があるこれらの遺伝子が選択された(表1に示す)。
標的遺伝子の証拠精選リスト(表1に列挙)の別の選択が、本発明者らによって行われた。訓練試料からTGF-β経路の活性を決定する上でより証拠となることが判明した証拠精選リストの標的遺伝子が選択された。ここでは、5ng/mLのTGF-βで4時間刺激されたGSE17708からの試料が、活性又は腫瘍促進TGF-β活性として選択されたのに対し、非刺激試料は、訓練のための非活性又は腫瘍抑制TGF-β試料として選択された。別法として、TGF-βで刺激され、それが取り除かれた一次細胞又は他の細胞株の患者試料、たとえばGSE6653、GSE42373及びGSE18670を使用することもできる。負に制御された標的遺伝子に対し2を超える、又は0.5未満の、活性と不活性の訓練試料の間の「軟」オッズ比を有するすべての標的遺伝子が、「20標的遺伝子ショートリスト」に選ばれた。10を超える、又は0.1未満の「軟」オッズ比を有することが判明した標的遺伝子が、「12標的遺伝子ショートリスト」に選ばれる。「7標的遺伝子ショートリスト」は、15を超える、又は1/15未満の「軟」オッズ比を有することが判明した標的遺伝子から成る。これら20標的遺伝子ショートリスト、12標的遺伝子ショートリスト、及び7標的遺伝子ショートリストは、それぞれ表2から表4に示されている。
Figure 0007065610000003
Figure 0007065610000004
Figure 0007065610000005
Figure 0007065610000006
TGF-βの利用可能な文献証拠の改定が2015年1月に行われ、これには2015年1月19日までのすべての新しい科学論文もまた含められた。同様に、刊行物が、「www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed」でアクセスできる国立保健研究所のMEDLINEデータベースを、(「TGF-β」 AND 「target gene」)などの照会文を用いながら、使用して見出された。TGF-βの推定標的遺伝子であるいくつかの標的遺伝子の実験的証拠を求めて、科学論文を上記の実施例2に記載の方法論を用いて手作業で評価した後に、2013年の第4四半期及び2014年の第1四半期の間の初期評価では活用されなかった、いくつかの推定TGF-β標的遺伝子が見出された。すべての利用可能な実験的証拠が再評価され、推定標的遺伝子の新しい順位付けが、推定標的遺伝子についての利用可能な実験的証拠の強さに基づいて、この実施例に記載の方法論を用いて用意された。この結果、1つの追加推定TGF-β標的遺伝子SERPINE1が得られて、設定閾値を超える実験的証拠スコアを得た。その結果として、SERPINE1がTGF-β経路の真の直接標的遺伝子とみなされ、改善されたTGF-β経路活性レベル計算値が検査された。11個の最高順位付け標的遺伝子、すなわちANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45B、ID1、JUNB、SKIL、SMAD7、SNAI2及びVEGFAに、本明細書に記載のものと同じデータ及び方法論を用いて訓練されている新たに選択されたSERPINE1が加えられ、又は差し引かれたものに基づいた2つのベイジアン・ネットワークを使用し、その結果として、「11標的遺伝子+SERPINE1リスト」(表5参照)及び「11標的遺伝子リスト」(表6参照)がそれぞれ得られた。
Figure 0007065610000007
Figure 0007065610000008
SERPINE1遺伝子を追加して含むことに基づいて、TGF-βの標的遺伝子リストは、表7及び表8に記載の、追加の非限定的実施形態に改定することができる。
Figure 0007065610000009
Figure 0007065610000010
1つ又は複数の標的遺伝子を経路活性レベルの数学的推測に含めることが経路活性レベルの予測に及ぼす影響は小さいと予想され、その影響は、経路活性レベルが細かく増減するものと予期される。しかし、この予期される影響に加えて、著しく異なる経路活性レベルがいくつかの例にあることが判明しており、これは、予想外の有利な影響を経路活性推測に及ぼすSERPINE1によってしか説明することができない。
図30及び図31は、精漿若しくは5ng/mLのTGF-β3で刺激された、又は刺激されないEct1細胞株の、GSE35830の両モデルを使用するTGF-β細胞シグナル伝達経路活性の予測を示す。SERPINE1を追加標的遺伝子として含むことにより、不活性試料を検出するモデルの能力が高い精度で改善することが明確に見てとれる。さらに、精漿で刺激された第2の群と、TGF-β3で刺激された第3の群とのモデル予測は、それがTGF-β細胞シグナル伝達経路の高い活性を予測するものであるため、より正確である。
改善したTGF-β細胞シグナル伝達経路活性予測の第2の例は、TNF及びTGF-βで刺激された、又は刺激されない、2D及び3D培養で増殖させたA549肺腺癌細胞株試料において見出される。「11標的遺伝子リスト」ベイジアン・ネットワーク・モデルと「11標的遺伝子+SERPINE1」ベイジアン・ネットワーク・モデルの両方を使用するモデル予測が、図32及び図33に示されている。EMTが、刺激があった3D培養モデルにおいてのみ効率的に誘発された(群4)。このEMTの誘発は、「11標的遺伝子リスト」モデルと比べると、「11標的遺伝子リスト+SERPINE1リスト」モデルにおいて、また群3と群4の相対的差異が考察される場合にも、高い精度で診断される。
第3の例は、GSE16011の神経膠腫患者といくつかのコントロール試料の両モデルを使用するTGF-β細胞シグナル伝達経路活性予測である。TGF-βシグナル伝達が神経膠腫において重要な役割を果たすことが文献により知られている(B.Kaminskaらの「TGF beta signaling and its role in glioma pathogenesis」、Advances in Experimental Medicine and Biology,Vol.986,2013、171~187頁参照)。TGF-β標的遺伝子の「11標的遺伝子+SERPINE1リスト」に基づくベイジアン・ネットワークは、「11標的遺伝子」ベイジアン・ネットワークと比べて、活性試料からの不活性試料の分離を改善する。加えて、高い割合の患者に活性TGF-β細胞シグナル伝達経路があると予測され、これは、科学的コンセンサスにいっそう即している(たとえば、Kaminskaら参照)。さらに、正常な脳試料には不活性TGF-β細胞シグナル伝達経路が高い確率であることが予測され、これは、TGF-β細胞シグナル伝達経路がその腫瘍抑制の役又は不活性の役にあると予想されることと合致する。
改善されたTGF-β細胞シグナル伝達経路活性予測を、数学経路モデルにSERPINE1を含めることによって実証する最後の例は、GSE16011の284人の神経膠腫患者についてのコックスの回帰解析の結果を、ベイジアン・ネットワーク・モデルを使用して、TGF-β標的遺伝子の「11標的遺伝子+SERPINE1リスト」及び標的遺伝子の「11標的遺伝子リスト」に基づいて比較することによって示される。図34及び図35に示されるように、TGF-β細胞シグナル伝達経路活性の確率のハザード比は、TGF-β標的遺伝子の「11標的遺伝子+SERPINE1リスト」が使用される場合に有意に高くなり、2.57、p=7.87×10-10対2.33、p=3.06×10-7である。
(ii)数学経路モデルの訓練及び使用
数学経路モデルを使用して対象の細胞シグナル伝達経路の、本明細書ではTGF-β経路の、活性を推測することができるようにするには、モデルが適切に訓練されなければならない。
数学経路モデルが、TGF-β TF要素に関連する条件付き確率と、対象の試料で測定されたTGF-β経路の3つ以上の標的遺伝子の発現レベルとに基づく、確率的なモデル、たとえばベイジアン・ネットワーク・モデルである場合、訓練は、好ましくは、公開されている国際特許出願WO2013/011479A2(「Assessment of cellular signaling pathway activity using probabilistic modeling of target gene expression」)に詳細に記載されているように実施することができる。
数学経路モデルが、対象の試料で測定されたTGF-β経路の3つ以上の標的遺伝子の発現レベルの1つ又は複数の一次結合に基づいている場合、訓練は、公開された国際特許出願WO2014/102668A2号(「Assessment of cellular signaling pathway activity using linear combination(s) of target gene expressions」)に詳細に記載されているように実施することができる。
本明細書では、図2に示された例示的なベイジアン・ネットワーク・モデルが使用されて、TGF-β経路の転写プログラムが簡単にモデル化された。モデルは、3つのタイプのノードから成る。すなわち、(a)第1の層1としての転写因子(TF)要素(状態「不在」及び「存在」で)、(b)第2の層2としての標的遺伝子TG、TG、TG(状態「上」及び「下」で)、並びに(c)第3の層3としての標的遺伝子の発現レベルと関連付けられた測定ノード、である。これらは、本明細書で以前に用いられたように、マイクロアレイプローブセットPS1,1、PS1,2、PS1,3、PS2,1、PSn,1、PSn,m(状態「低」及び「高」で)とすることができるが、RNAseq又はRT-qPCRなどの他の遺伝子発現測定値とすることもできる。
数学経路モデルの、本明細書では例示的ベイジアン・ネットワーク・モデルの、適切な実施態様はマイクロアレイ・データに基づいている。このモデルは、(i)標的遺伝子の発現レベルがどのようにTF要素の活性化に依存するか、及び(ii)プローブセット強度が、ひいては、どのようにそれぞれの標的遺伝子の発現レベルに依存するか、について記述する。後者については、プローブセット強度は、Gene Expression Omnibus(GEO, www.ncbi.nlm.nih.gov/geo)及びArrayExpress(www. ebi.ac.uk/arrayexpress)から広範に入手可能である、fRMA事前処理アフィメトリクスHG-U133Plus2.0マイクロアレイにより取得することができる。
例示的なベイジアン・ネットワーク・モデルは細胞シグナル伝達経路の、本明細書ではTGF-β経路の、生物学の単純化であるので、また生物学的測定には一般にノイズが伴うので、確率論的アプローチが選択される。すなわち、(i)TF要素と標的遺伝子、及び(ii)標的遺伝子とそれらの各プローブセット、の間の関係が確率論的用語で記述される。さらに、腫瘍増殖を促進する癌化細胞シグナル伝達経路の活性は、一時的及び動的に変化するのではなく、長期に、さらには不可逆的にも変化すると仮定された。したがって、例示的なベイジアン・ネットワーク・モデルは、静的細胞状態の解釈のために開発された。この理由のために、複雑な動的細胞シグナル伝達経路特性はモデルに組み込まれなかった。
例示的なベイジアン・ネットワーク・モデルが構築され較正されると(下記参照)、モデルは、第3の層3における観察結果としてのプローブセット測定値を入力することによって、またTF要素が「存在」する確率がどうなるはずであったかをモデルで逆に推測することによって、新しい試料のマイクロアレイ・データに対して使用することができる。ここで、「存在」とは、TF要素がDNAに結合し、細胞シグナル伝達経路の標的遺伝子の転写を制御している現象であると考えられ、「不在」とはTFエレメントが転写を制御していない場合であると考えられる。したがって、この確率は、細胞シグナル伝達経路の、本明細書ではTGF-β細胞シグナル伝達経路の、活性を示すために使用できる一次読み出しであり、これは次に、活性であることと不活性であることの確率の比をとることによって、細胞シグナル伝達経路が活性であるオッズに変換することができる(すなわち、オッズはp/(1-p)で与えられ、pは細胞シグナル伝達経路が活性であることの予測確率である)。
例示的なベイジアン・ネットワーク・モデルでは、確率論的関係が、定量的な確率的推論を可能にするために定量的になっている。組織型全体にわたって一般化挙動を改善するために、(i)TF要素と標的遺伝子、の間の確率論的関係を記述するパラメータが慎重に精選された。TF要素が「不在」である場合、標的遺伝子は「下」になる可能性が最も高く、したがって、これには0.95の確率が選ばれ、標的遺伝子が「上」になることには0.05の確率が選ばれる。後者(非ゼロ)の確率は、標的遺伝子が他の因子によって調節される、又は(たとえば測定ノイズの故に)偶発的に「上」であると観察される(まれな)可能性に相当するものである。TF要素が「存在」する場合、0.70の確率で標的遺伝子は「上」と考えられ、0.30の確率で標的遺伝子は「下」と考えられる。後者の値は、TF要素が存在しても標的遺伝子が高度に発現しないいくつかの原因があり得るので、たとえば、遺伝子のプロモータ領域がメチル化されるので、このように選ばれる。標的遺伝子がTF要素によって上には調節されないが下には調節される場合には、確率は同じようにして選ばれるが、TF要素が存在することに対し下方調節を反映する。(ii)標的遺伝子とそれらの各プローブセット、の間の関係を記述するパラメータは、実験データに対して較正された。後者に関して、この例では、活性TGF-β経路があることが知られている患者試料からのマイクロアレイ・データが使用されたのに対し、同じデータベースの正常で健康な試料が不活性TGF-β経路試料として使用されたが、これはまた、細胞株実験結果、又は既知の細胞シグナル伝達経路活性状態の他の患者試料を使用して行うこともできる。得られた条件付き確率表を以下に示す。
Figure 0007065610000011
これらの表では、変数ALi,j、AHi,j、PLi,j、及びPHi,jは、「低」(L)又は「高」(H)プローブセット強度をそれぞれ有する「不在」(A)又は「存在」(P)転写複合体がある較正試料の数を示す。0及び1の極端な確率を回避するために、ダミー数が加えられた。
観測されたプローブセット強度を離散化するために、各プローブセットPSi,jに対し閾値ti,jが使用され、これに満たない観察値は「低」と呼ばれ、これを超える観察値は「高」と呼ばれる。この閾値は、使用された較正データセット中のプローブセットの(重み付け)中心強度になるように選ばれた。マイクロアレイ・データにノイズが伴うことにより、ファジー法が、観察プローブセット強度をその閾値と比較するときに、報告強度まわりで0.25(log2スケールで)の標準偏差による正規分布を仮定することによって、また閾値の下及び上の確率質量を決定することによって、使用された。
本明細書で上述の例示的なベイジアン・ネットワークの代わりに上述の(擬似)線形モデルが使用された場合には、モデルを使用して試験試料の細胞シグナル伝達経路活性を推測できるようにするには、ノードと、ノードが「不在」であるか、それとも「存在」すると呼ぶための閾値との間の相関性の符号及び大きさを示す重みが決定される必要がある。専門的知識を用いてこれらの重み及び閾値を先験的に埋めることができるが、一般には、モデルは訓練試料の代表的な組を使用して訓練され、その好ましくはグランド・トルースが、たとえば、既知の「存在」転写因子複合体(=活性細胞シグナル伝達経路)又は「不在」転写因子複合体(=不活性細胞シグナル伝達経路)を有する試料中のプローブセットの発現データが、知られている。
当分野では、モデル・トポロジを考慮に入れる、またモデル・パラメータ、ここでは重み及び閾値を、モデル出力、ここでは重み付け線形スコアが最適になるように変更する、多数の訓練アルゴリズム(たとえば、回帰)が知られている。或いは、観察された発現レベルから直接重みを計算することも、最適化アルゴリズムを必要とせずに、可能である。
第1の方法、本明細書では「白黒」法という名称、は煎じ詰めると3進法であり、各重みは組{-1,0,1}のうちの1つの要素になる。これが生物学的文脈において言われる場合には、-1及び1が、細胞シグナル伝達経路活性の場合にそれぞれ下方及び上方調節される標的遺伝子又はプローブセットに対応する。プローブセット又は標的遺伝子が上方調節されるか、又は下方調節されるか統計的に証明され得ない場合には、プローブセット又は標的遺伝子は0の重みを受け取る。1つの例では、左側及び右側の、活性細胞シグナル伝達経路試料の発現レベル対不活性細胞シグナル伝達経路を有する試料の発現レベル、の2試料t検定を用いて、プローブ又は遺伝子が上方調節されるか、それとも下方調節されるかを、使用された訓練データを前提として判定することができる。活性試料の平均が不活性試料よりも統計的に大きい、すなわち、p値が特定の閾値、たとえば0.3未満である場合、標的遺伝子又はプローブセットは、上方調節されると判定される。逆に活性試料の平均が不活性試料よりも統計的に小さい場合には、標的遺伝子又はプローブセットは、細胞シグナル伝達経路が活性化すると下方調節される、と判定される。最低p値(左側又は右側)が前述の閾値を超える場合には、標的遺伝子又はプローブセットの重みは0と定義することができる。
本明細書で「対数オッズ」重みという名称の第2の方法は、オッズ比の対数(たとえば、底e)に基づいている。各標的遺伝子又はプローブセットのオッズ比は、プローブセット/標的遺伝子レベルが対応する閾値の、たとえば全訓練試料の(重み付け)中央値の、上及び下にある正及び負の訓練試料の数に基づいて計算される。擬似数を加えて、ゼロによる割り算を回避することができる。さらなる改善点は、プローブセット/標的遺伝子レベルが、たとえば、その観察値のまわりに特定の指定された標準偏差(たとえば、2logスケールで0.25)で正規分布していると仮定することによって、また閾値の上及び下の確率質量を数えることによって、閾値の上/下の試料をある程度より統計的に数えることである。本明細書では、擬似数と組み合わせて、かつ決定的な測定値の代わりに確率質量を使用して、計算されたオッズ比は「軟」オッズ比と呼ばれる。
標的遺伝子発現の数学モデルを用いて細胞シグナル伝達経路活性を推測することに関するこれ以上の詳細は、Verhaegh W.ら、「Selection of personalized patient therapy through the use of knowledge-based computational models that identify tumor-driving signal transduction pathways」、Cancer Research,Vol.74,No.11,2014年、2936~2945頁、に見出すことができる。
本明細書では、5ng/mL TGF-βで処理され、その結果としてTGF-β経路の腫瘍促進活性(以降、TGF-β活性と呼ぶ)となった、及びTGF-β刺激なしのコントロール実験の結果として、TGF-β経路の腫瘍抑制活性(以降、TGF-β不活性と呼ぶ)となった、ヒトA549肺腺癌細胞株試料の発現データが較正のために使用された。これらのマイクロアレイは、GSE17708のもとで遺伝子発現オムニバスから公的に利用可能である(GEO、www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/、最終アクセス2014年3月5日)。5ng/mL TGF-βで4時間刺激された試料が、訓練のための不活性すなわち腫瘍抑制TGF-β試料として選ばれた非刺激試料と比較された、選択遺伝子(表1参照)の観測された折りたたみ変化に基づいて、活性すなわち腫瘍促進TGF-β細胞株の代表として選ばれた。別法として、TGF-βで刺激され、それが取り除かれた一次細胞又は他の細胞株の患者試料、たとえばGSE6653、GSE42373及びGSE18670を使用することができ、かつ/又はTGF-β標的遺伝子のショートリスト(表2から表4参照)を使用することができる。
(B)PI3K経路
(i)標的遺伝子の選択
以下では、細胞シグナル伝達経路活性とmRNAレベルの間の直接連結として直接標的遺伝子を含む、又は直接標的遺伝子から成るベイジアン・ネットワークが(例示的数学モデルとして)好ましいが、直接標的遺伝子と間接標的遺伝子の差異がいつも明らかであるとは限らない。本明細書では、スコアリング関数を使用して、利用可能な科学文献データに基づき直接標的遺伝子を選択する方法が提示される。それにもかかわらず、限られた情報並びに生物学的バリエーション及び不確実なことがらにより、間接標的遺伝子の偶発的な選択を除外することはできない。標的遺伝子を選択するために、現在利用可能な科学文献の2つのリポジトリが、標的遺伝子の2つのリストを生成するために使用された。
標的遺伝子の第1のリストは、「www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed」でアクセスすることができ、本明細書では別に「Pubmed」と呼ばれる、国立保健研究所のMEDLINEデータベースから検索された科学文献に基づいて生成された。推定FOXO標的遺伝子を含む刊行物は、2013年の第1四半期の期間に、(FOXO AND 「target gene」)などの照会文を使用することによって探索された。得られた刊行物はさらに、以下で詳細に説明する方法論に従って、手作業で解析された。
証拠を蓄積した科学実験のタイプに応じて特定の標的遺伝子の科学的証拠が格付けされたランキング・システムを使用することによって、特定の細胞シグナル伝達経路mRNA標的遺伝子が科学文献から選択された。一部の実験的証拠は、たとえば、PI3K細胞シグナル伝達軸が活性であることが分かっている細胞株のマイクロアレイ上で増加するmRNAのように、遺伝子が標的遺伝子であることを単に示唆するにすぎないが、別の証拠は、同定された細胞シグナル伝達経路TF結合部位と、細胞内の特定の細胞シグナル伝達経路の刺激後のクロマチン免疫沈降(ChIP)アッセイにおけるこの部位の検索と、細胞株における細胞シグナル伝達経路の特定の刺激後のmRNAの増加とを合わせたもののように、非常に強力になり得る。
特定の細胞シグナル伝達経路標的遺伝子を見つける実験のいくつかのタイプを科学文献で特定することができる。
1.細胞シグナル伝達経路-TFからゲノム上のその結合部位までの直接結合が示される、ChIP実験。例として、クロマチン免疫沈降(ChIP)技術を引き続き使用することによって、PI3K経路の活性誘導がある細胞株とない細胞株のDNAの推定機能FOXO TF結合部位が、純粋にヌクレオチド配列に基づいて認識された結合部位のサブセットとして同定された。推定機能が、TFがDNA結合部位に結合することが見出されたというChIP由来の証拠として同定された。
2.結合配列を含むDNAの断片へのTFの結合を生体外で示す電気泳動移動度シフト・アッセイ(EMSA)。ChIPによる証拠と比較して、EMSAによる証拠は、それを生体外状況に変換することができないので、あまり強力ではない。
3.細胞シグナル伝達経路を刺激すること、及びマイクロアレイ上でmRNAプロファイルを測定すること、或いはRNA配列決定を使用すること、細胞シグナル伝達経路誘導性細胞株を使用すること、及び誘導後のいくつかの時点で測定されたmRNAプロファイルを、タンパク質への翻訳を阻害するシクロヘキシミドの存在下で測定すること。したがって誘導されたmRNAは直接標的遺伝子であると考えられる。
4.3と同様であるが、mRNAの量を測定するために定量PCRを使用すること。
5.バイオ・インフォマティクス手法を使用してゲノム内のTF結合部位を同定すること。FOXO TF要素の例として、保存されたFOXO結合モチーフ5’-TTGTTTAC-3’を使用して、ヒトゲノム配列に対しソフトウェア・プログラムが実行され、潜在的な結合部位が、遺伝子プロモータ領域でも他の遺伝子領域でも同定された。
6.3と同様であるが、ただシクロヘキシミドがない状態で。
7.4と同様であるが、ただシクロヘキシミドがない状態で。
8.細胞シグナル伝達経路が活性であることが分かっている特定の組織又は細胞試料のmRNA発現プロファイリングであるが、適切なネガティブ・コントロール条件がない状態で。
最も単純な形で、標的mRNAが同定されたこれらの実験的手法のそれぞれについて、すべての潜在的標的mRNAに1ポイントを与えることができる。
或いは、ポイントを漸増的に与えて、1つの技術が1ポイントになるようにすることができ、第2の技術が第2のポイントを付加し、以下同様とすることもできる。この比較的単純なランキング方策を使用して、最も信頼できる標的遺伝子のリストを作ることができる。
或いは別の方法のランキングを使用して、生体外直接標的遺伝子に最も多くの証拠をもたらす技術により多くのポイント数を与えることによって、直接標的遺伝子である可能性が最も高い標的遺伝子を同定することができる。上記のリストでは、これは、実験手法1)では8ポイント、2)では7ポイントになり、実験手法8)では1ポイントまで下がっていくということになる。このようなリストは、「一般的標的遺伝子リスト」と呼ぶことができる。
生物学的バリエーション及び不確実性にもかかわらず、本発明者らは、直接標的遺伝子が、組織に依存せずに誘導される可能性が最も高いと仮定した。これらの標的遺伝子のリストは「標的遺伝子の証拠精選リスト」と呼ぶことができる。このような標的遺伝子の証拠精選リストを使用して、様々な組織源から来る試料に適用できるPI3K経路の計算モデルを構築した。
以下では、どのようにして証拠精選標的遺伝子リストの選択がPI3K経路について具体的に構築されたかを例示的に示す。
「モデル」の入力として使用されるPI3K標的遺伝子を選択する目的のために、以下の3つの基準が使用された。
1.遺伝子プロモータ/エンハンサ領域がFOXO結合モチーフを含む。
a.FOXO結合モチーフは、PI3K経路の活性に反応することが、たとえば、特定のFOXOモチーフがレポーター遺伝子に連結される一過性トランスフェクション・アッセイによって証明されなければならない。
b.FOXOモチーフの存在が、たとえば、遺伝子プロモータ/エンハンサ領域の豊富なモチーフ解析によって確認されなければならない。
2.FOXOは、問題となっている遺伝子のプロモータ/エンハンサ領域に生体外で(差次的に)結合し、これはたとえば、ChIP/CHIP実験又は別のクロマチン免疫沈降技法によって実証される。
a.FOXOは、PI3K経路が活性ではないとき、遺伝子のプロモータ/エンハンサ領域に結合することが証明され、また
b.PI3K経路が活性であるとき、(好ましくは)遺伝子の遺伝子プロモータ/エンハンサ領域に結合しない(又は弱く結合する)。
3.遺伝子は、PI3K経路の活性が変化するとき差次的に転写され、これはたとえば、
a.リアル・タイムPCR若しくはマイクロアレイ実験による、問題となっている遺伝子のmRNAの折りたたみ強化、又は
b.免疫沈降アッセイによる、RNA Pol IIが遺伝子のプロモータ領域に結合することの実証、
によって実証される。
選択は、十分かつ適切に記述された実験的証拠が集められて、上述の3つすべての基準が満たされたことを証明された遺伝子を、PI3K標的遺伝子として定義することによって行われた。PI3Kの差次的結合の証拠を集めるための適切な実験は、たとえば、タモキシフェンにさらされたとき、又はさらされないときにタモキシフェンに反応してPI3K経路の活性を発現する癌細胞株(たとえば、FOXO.A3.ERなどの、タモキシフェン誘導性FOXO構造物を形質移入された細胞株)におけるChIP-Seq実験の結果を比較することである。mRNA転写の証拠を集めることについても同様である。
上記では、上述の手法を使用して見つかった証拠に基づいていくつかの標的遺伝子を選択するために使用された、標的遺伝子選択手順の一般的手法及びより具体的な例について論じている。PI3K経路についてベイジアン・ネットワーク・モデルに使用された標的遺伝子のリストは、表9に示されている。
Figure 0007065610000012
Figure 0007065610000013
標的遺伝子の第2のリストは、Thomson-ReutersのMetacore(最終アクセス2013年5月14日)の中に提供されている、手作業で精選された科学文献のデータベースを使用して生成された。このデータベースは、ヒトFOXO転写因子(すなわち、FOXOl、FOXO3A、FOXO4及びFOXO6)のファミリーの下流で直接転写調節される遺伝子に関して照会された。この照会により、336個の推定FOXO標的遺伝子が得られ、これらはさらに以下のように解析された。まず、支持する刊行物が1つしかない推定FOXO標的遺伝子がすべて取り除かれた。次に、刊行物で報告された、ChIP、EMSA、差次的発現、ノックダウン/アウト、ルシフェラーゼ遺伝子レポーターアッセイ、配列解析などの実験的証拠のタイプごとにポイントを与えるスコアリング関数が導入された。同一の実験的証拠が場合により複数の刊行物に記載されていて、その結果、対応するポイント数が得られ、たとえば、2つの刊行物が1つのChIP結果について述べていると、単一のChIP結果に与えられるスコアの2倍になる。さらなる解析が行われて、1つのタイプの実験的証拠しかない、たとえば差次的発現しかないのではなく、多様なタイプの実験的証拠がある遺伝子だけが認められた。最後に、全推定FOXO標的遺伝子について証拠スコアが計算され、6つ以上の証拠スコアがある推定FOXO標的遺伝子がすべて選択された(表10に示す)。6つというカットオフレベルは、経路活性を決定するにはおおよそ30個の標的遺伝子でほぼ十分であることが事前に明らかになっているので、ヒューリスティックに選ばれた。
これらの標的遺伝子のリストは「標的遺伝子のデータベースによるリスト」と呼ぶことができる。このような精選標的遺伝子リストを使用して、異なる組織源から来る試料に適用できる計算モデルを構築した。
Figure 0007065610000014
標的遺伝子の第3のリストは前述の2つのリスト、すなわち証拠精選リスト(表9参照)、及びデータベースによるリスト(表10参照)に基づいて生成された。これら2つのリストから遺伝子をさらに選択するために、3つの基準が使用された。第1の基準は、標的遺伝子に起因する機能に関連する。遺伝子に起因する機能は科学文献に見出すことができるが、NIHのOMIMデータベース(「http://www.ncbi.nlm.nih.gov/omim」によってアクセス可能)などの公共データベースで入手できることが多い。アポトーシス、細胞周期、腫瘍抑制/進行、DNA修復、分化などの、癌にとって極めて重要なプロセスに関与することに帰することが分かった、表9の証拠精選リスト及び表10のデータベースによるリストからの標的遺伝子が、第3のリストに選択された。最後に、既知の低PI3K/高FOXO活性に対して既知の高PI3K/低FOXO活性を用いた細胞株実験で、高い差次的発現があることが分かった標的遺伝子が選択された。本明細書では、複数試料について平均されたFOXO転写の「オン」と「オフ」の状態間に(本明細書では、プローブセット・レベルで)20.5の最小発現差がある標的遺伝子が第3のリストに含められた。第3の基準は、最も判別可能な標的遺伝子を選択することが特に狙いとされた。既知の高PI3K/低FOXO活性を用いた複数の試料の細胞株実験、及び既知の低PI3K/高FOXO活性を用いた複数の試料の細胞株実験における発現レベルに基づいて、オッズ比(OR)が計算された。
遺伝子の機能、「オン」対「オフ」シグナル伝達における差次的発現、及び高オッズ比を考慮に入れると、PI3Kシグナル伝達経路の活性の決定の際により証拠となると考えられた標的遺伝子のセットが見つかった(表11に示す)。このような標的遺伝子のリストは、「標的遺伝子のショートリスト」と呼ぶことができる。したがって、表11に報告された標的遺伝子は、本発明によれば特に好ましい。それにもかかわらず、マイクロアレイなどの取得技術により遺伝子の大きい組の発現レベルを比較的容易に取得できることをかんがみて、表11の標的遺伝子の一部又は全部を利用すること、並びに任意選択で、表9及び表10の残りの標的遺伝子のうちの1つ、2つ、一部又は全部を付加的に使用することが企図されている。加えて、PI3K標的遺伝子の「12標的遺伝子ショートリスト」が、TGF-β標的遺伝子に関する上記のこの実施例に記載のように生成された。
Figure 0007065610000015
Figure 0007065610000016
(ii)数学経路モデルの訓練及び使用
TGF-β経路の数学経路モデルの訓練及び使用に関する上記の説明はまた、PI3K経路の数学経路モデルの訓練及び使用にも当てはまる。
本明細書では、40HTにより刺激すると誘導可能であるFOXOコンストラクトの安定したトランスフェクションを用いたHUVEC細胞の発現、についての公的に入手可能なデータ(Gene Expression Omnibusから入手可能なGSE16573、最終アクセス2014年10月6日)が、PI3K経路モデルを訓練する一例として使用された。40HTにより12時間刺激された、誘導可能なFOXOコンストラクトを持つ細胞株はFOXO活性試料(n=3)とみなされたのに対し、不活性FOXO試料は、40HT刺激なしのコンストラクトを持つ細胞株であった(n=3)。
(C)Wnt経路
Wnt標的遺伝子の選択については以前に、WO2013/011479A2及びWO2014/102668A2に記載されている。Wnt経路の「標的遺伝子の証拠精選リスト」(表13参照)は、Wnt経路の「標的遺伝子のショートリスト」(表14参照)及びWnt標的遺伝子の「12標的遺伝子ショートリスト」(表15参照)を生成するために、上記のこの実施例でPI3K標的遺伝子について説明されているように使用された。
Figure 0007065610000017
Figure 0007065610000018
Figure 0007065610000019
(D)ER経路
WO2013/011479A2及びWO2014/102668A2と比較して、本明細書では、新しい文献証拠が追加されたので、ER標的遺伝子の順位がわずかに変えられていることに留意されたい。ER標的遺伝子は、WO2014/102668A2の実施例3に記載されたのと同じようにして選択され順位付けされた。遺伝子は、文献証拠スコアと各遺伝子の個々の機能とを組み合わせてモデル内の活性経路と不活性経路とを区別することによって、順位付けされた。この順位付けは、エストロゲンを枯渇させ、引き続き枯渇させたままにされた、又は1nMエストロゲンに24時間曝露された(GSE35428)MCF7細胞株試料の訓練セットを用いてモデルを訓練したときに、また、モデルをその訓練セットと、MCF7細胞がエストロゲンを枯渇させ、引き続き枯渇させたままにされた、又は10nM若しくは25nMエストロゲン(それぞれ、GSE11352及びGSE8597)に曝露された別の2つの訓練セットとを用いて試験したときに遺伝子ごとに得られた、重み付けされた偽正比率と偽負比率の一次結合に基づいた。
(重み付けされた偽正数と偽負数の組合せ(オッズ比の代わり)は、様々なセットに使用された異なる実験条件に相当するように使用されたことに留意されたい。異なる重みは、偽正数(負数)はモデルの結果であり、異なる実験条件に試料が置かれた結果ではなかったという発明者の確信に従って、設定された。たとえば、すべての実験において、MCF7細胞株試料は、まずエストロゲンをある期間枯渇させた後にエストロゲンに曝露されるか、又はさらにもう24時間枯渇させた。枯渇時間が短いと、エストロゲン枯渇にもかかわらず経路が活性のままになっている可能性があり、この場合には、試験試料と訓練試料の両方が同じ時間枯渇されたときよりも、偽正数は重みが小さい。)
以下でさらに詳細に論じる、さらなる文献調査と、活性試料と不活性試料の間の差次的発現の大きさの検査とに基づいて、PDZK1がER経路の直接標的遺伝子として選択された。この(PI3Kの)実施例で説明した類似の方法論を用いて、推定ER標的遺伝子の実験的証拠に関する追加の科学論文を手作業で評価した後、いくつかの追加の推定ER標的遺伝子が同定された。
推定ER標的遺伝子が、エストロゲン応答要素(ERE)モチーフを含む遺伝子プロモータ/エンハンサ領域の存在に関して、解析された。EREモチーフは、たとえば、特定のEREモチーフがレポーター遺伝子と関連付けられる一過性トランスフェクション・アッセイによって、エストロゲンに応答することが証明されなければならない。EREモチーフの存在は、たとえば、遺伝子プロモータ/エンハンサ領域の強化モチーフ解析によって確認されなければならない。加えて、ERは、問題となっている遺伝子のプロモータ/エンハンサ領域に生体外で(差次的に)結合し、これはたとえば、ChIP/CHIP実験又は別のクロマチン免疫沈降アッセイによって実証される。たとえば、ERは、ER経路が活性であるとき、遺伝子のプロモータ/エンハンサ領域に結合することが証明されるはずであり、また、たとえば、ER経路が活性でない場合は、遺伝子のプロモータ/エンハンサ領域に結合しない(又は弱くしか結合しない)。最後に、遺伝子は、ER経路が活性であるとき差次的に転写され、これはたとえば、リアル・タイムPCR若しくはマイクロアレイ実験による、問題となっている遺伝子のmRNAの折りたたみ強化によって、又は、免疫沈降アッセイによる、RNA Pol IIが遺伝子のプロモータ領域に結合することの実証によって、実証される。
選択は、十分かつ適切に記述された実験的証拠が文献から集められ、上述の3つすべての基準が満たされたことを証明された遺伝子をER標的遺伝子として定義することによって行われた。ERの差次的結合の証拠を集めるための適切な実験は、たとえば、エストロゲンに曝露されたとき又は曝露されないときに、エストロゲンに反応する癌細胞株(たとえば、MCF-7細胞株)についての、たとえばChIP/CHIP実験の結果を比較することである。すべての追加の科学論文を評価した後、すべての推定標的遺伝子の新しい順位付けが、文献中に見出された実験的証拠の強さに基づいた。その結果、ER細胞シグナル伝達経路の1つの推定標的遺伝子PDZK1が、設定閾値を超える実験的証拠スコアに達した。したがって、PDZK1がER経路の真の直接標的遺伝子であるとみなされた。
ER標的遺伝子の当初の選択では、「軟」オッズ比を用いて計算された、不活性試料に対し活性試料を区別する能力だけが考慮された。今の解析では、差次的発現の大きさも評価に含まれた。差次的発現シグナルの大きさは、適切に設計されたアッセイの重要な特徴として「軟」オッズ比に次ぐので、この新しい選択方法は、当初の基準に比べて改善になるものと期待される。差次的遺伝子発現の大きさは、アフィメトリクスHG1133Plus2データセット、すなわちGSE35427、GSE11352、GSE21618、GSE8597と、エストラジオール(E2)又はコントロールで刺激された複数の乳癌細胞株を含む2つの社内生成データベースとから選択したものについて、ER活性(オン)試料とER不活性(オフ)試料の間の平均遺伝子発現の差を平均することによって推定された。平均遺伝子発現は、それぞれのデータセットの遺伝子に関連したアフィメトリクス・プローブセットごとに別々に計算された。顕著に差次的に発現されたプローブセットだけが、平均に関して考慮された。PDZK1の、エストラジオールで刺激された試料すなわちER活性試料と、コントロール/未刺激試料すなわちER不活性試料との間の平均の差次的発現は2.08であった。この差次的発現は例外的に高く(上方調節された遺伝子全体としての平均は0.88)、差次的発現が最も高い標的遺伝子、たとえば平均の差次的発現が2.14であるPGRに匹敵する。加えて、PDZK1の「軟」オッズ比(平均26.6)も、平均(19.03)より高い。
以下の例において、我々は、元の13ER標的遺伝子リスト(GREBl、PGR、XBP1、CA12、SOD1、CTSD、IGFBP4、TFF1、SGK3、NRIP1、CELSR2、WISP2、及びAP1B1)モデル(以下ではショート・リスト・モデルと呼ばれる)を、PDZK1及び元の13ER標的遺伝子リストを用いて構築した新しい14ER標的遺伝子モデル(以下ではショート・リスト+PDZK1モデルと呼ばれる)と比較した。両方のベイジアン・ネットワーク・モデルが、違いはER標的遺伝子のリストのみで、全く同じようにして(アフィメトリクスHGU133Plus2 GSE8597データセットを使用して)訓練された。
例1では、ER経路活性が、アフィメトリクスHGU133Plus2データセットから選択したものについて計算された。このデータセットは、256個のER陽性乳癌試料、195個のER陰性乳癌試料、27個の正常な乳房組織試料、及び94個の未知のER状態乳癌試料を含む、典型的な乳癌及び正常な乳房の組織試料(公開データセットGSE12276、GSE10870、及びGSE21653)を例証するものである。ER経路は、ER陰性乳癌及び正常乳房では不活性であると予想されるのに対し、ER陽性乳癌の約50~70%は、ホルモン療法への反応に基づき、活性であると予想される。ショート・リスト・モデルにより(74%が)、またショート・リスト+PDZK1により(73%が)活性であると予測されるER陽性乳癌試料の比率は、ホルモン療法に反応するER陽性癌患者の比率に匹敵し、また類似している。さらに、ショート・リスト+PDZK1(平均log2オッズ比が2.73)リスト・モデルによって、ER陽性試料全体として計算されたER活性化の確率の平均は、ショート・リスト・モデルによって予測された活性化の平均確率よりもわずかに高くなって(平均log2オッズ比が2.70であり、log2オッズ比スケールで0.03の差がある)、この種の試料に匹敵するものになる。PDZK1を含めることの予想外の有益な技法的効果が、ER陰性乳癌試料及び正常組織試料を解析するときに生じる。すなわち、ショート・リスト+PDZK1リスト・モデルによって計算されたER活性化の確率の平均(平均log2オッズ比が-7.3)は、ショート・リスト・モデルによって予測された活性化の平均確率よりもかなり低くなって(平均log2オッズ比が6.8で、log2オッズ比スケールで0.5の差があり、ウィルコクソン順位検定2面pv=0.02)、この状況ではショート・リスト+PDZK1モデルがショート・モデルよりも技法的に優れたものになる。さらに、この改善は、1つ又は複数の標的遺伝子がモデルに追加される場合に予期される予測経路活性の些細なスケーリングよりも大きく、したがって、PDZK1の追加は、予想外の有利な技法的効果をもたらす。
例2では、ER経路活性が、公開アフィメトリクスHGU133Plus2データセットGSE8597、GSE35428、GSE11352について計算された。このデータセットは、エストロゲン感受性乳房細胞株(この場合ではMCF7)がエストロゲン刺激に曝露される又はエストロゲン刺激が与えられない実験を例証するものである。エストロゲンに曝露されるとMCF7細胞株のER経路が活性化し、エストロゲンが与えられないとMCF7細胞株のER経路が遮断されることがよく知られている。また、この場合、ショート・リスト+PDZK1モデルはショート・リスト・モデルよりも、MCF7細胞株がエストロゲンに曝露される場合でも、ショート・リスト+PDZK1モデルによって計算された予測活性(平均log2オッズ比が14.7)がショート・リスト・モデルによって計算された予測活性(平均log2オッズ比が14.0であり、log2オッズ比スケールで0.7の差)よりも高い場合でも、技法的に優れているように見える。エストロゲン刺激が与えられないすべての試料についてショート・リスト+PDZK1モデルによって計算された予測活性(平均log2オッズ比が-7.7)は、エストロゲンが与えられなかった27個の試料の85%についてショート・リスト・モデルによって計算された予測活性(平均log2オッズ比が-7.3であり、log2オッズ比スケールで0.4の差)よりも低い。また、この改善は、1つ又は複数の標的遺伝子がモデルに追加される場合に予期される予測経路活性の些細なスケーリングよりも大きく、したがって、PDZK1の追加は、予想外の有利な技法的効果をもたらす。
PCRアッセイにおいて新しい遺伝子の効果を究明するために、以下の例で我々は、11ER標的遺伝子リスト(GREB1、PGR、XBP1、CA12、SOD1、CTSD、IGFBP4、TFF1、SGK3、NRIP1、CELSR2、ERBB2、and ESR1)モデル(以下ではPCRリスト・モデルと呼ばれる)を、PDZK1及び上述の11ER標的遺伝子リストを用いて構築した新しい12ER標的遺伝子モデル(以下ではPCRリスト+PDZK1モデルと呼ばれる)と比較した。両方のベイジアン・ネットワーク・モデルが、違いはPCRリスト+PDZK1モデルにPDZK1 ER標的遺伝子を追加することのみで、全く同じようにして(MCF7細胞株についての社内のエストロゲン欠乏/刺激実験から、RT-qPCRによって生成された遺伝子発現データを使用して)訓練された。ER経路活性は、6個がエストロゲンを与えられず、6個がエストロゲンで刺激された合計12個の試料について計算された。ここでもまた、PDZK1を含むモデル(PCRリスト+PDZK1モデル)は、PDZK1がないモデル(PCRリスト・モデル)よりも、エストロゲンに曝露される場合でも、PCRリスト+PDZK1モデルによって計算された予測活性(平均log2オッズ比が4.7)がPCRリスト・モデルによって計算された予測活性(平均log2オッズ比が3.9であり、log2オッズ比スケールで0.8の差)よりも高い場合でも、技法的に優れているように見える。エストロゲンが与えられない試料についてPCRリスト+PDZK1モデルによって計算された予測活性(平均log2オッズ比が-5.1)は、ショート・リスト・モデルによって計算された予測活性(平均log2オッズ比が-4.5であり、log2オッズ比スケールで0.6の差)よりも低い。この差は、少量の「プローブ」を使用して試料ER標的遺伝子プロファイルを測定するモデルにおいては、プローブが有する識別力が通常は小さいので(低い平均予測活性に留意されたい)、非常に重要である。結論として、この改善は、1つ又は複数の標的遺伝子がモデルに追加される場合に予期される予測経路活性の些細なスケーリングよりも大きく、したがって、PDZK1の追加は、予想外の有利な技法的効果をもたらす。
上で論じたように、ER標的遺伝子の選択については、以前にWO2013/011479A2及びWO2014/102668A2に記載されている。HH経路の「標的遺伝子の証拠精選リスト」は、ER経路の「標的遺伝子のショートリスト」及びER標的遺伝子の「12標的遺伝子ショートリスト」を生成するために、さらなる文献調査及びPDZK1標的遺伝子を含めることに基づいて、上記のこの実施例でPI3K標的遺伝子について説明されているように使用された。
Figure 0007065610000020
Figure 0007065610000021
Figure 0007065610000022
(E)HH経路
HH標的遺伝子の選択については、以前にWO2013/011479A2及びWO2014/102668A2に記載されている。HH経路の「標的遺伝子の証拠精選リスト」(表19参照)は、HH経路の「標的遺伝子のショートリスト」(表20参照)及びHH標的遺伝子の「12標的遺伝子ショートリスト」(表21参照)を生成するために、上記のこの実施例でPI3K標的遺伝子について説明されているように使用された。
Figure 0007065610000023
Figure 0007065610000024
Figure 0007065610000025
実施例2 リスク・スコアの決定
一般に、対象が臨床事象を特定の期間内に経験するリスクを示す、また対象における2つ以上の細胞シグナル伝達経路の推測活性を合わせたものに基づく、リスク・スコアを決定するための多くの異なる式を考案することができる。すなわち、
MPS=F(P)+X、ここでi=1...N (3)
ここで、MPSはリスク・スコアを表し(「MPS」という用語は、本明細書では、リスク・スコアが2つ以上の細胞シグナル伝達経路の推測活性の影響を受けることを表すための「複数経路スコア」の略語として用いられる)、Pは細胞シグナル伝達経路iの活性を表し、Nは、リスク・スコアを計算するために使用される細胞シグナル伝達経路の総数を表し、Xは、式に入る可能性がある、あり得る別の要素及び/又はパラメータのためのスペースホルダである。このような式は、より具体的には、所与の変数に関するある次数の多項式にも、その変数の一次結合にもなり得る。このような多項式における重み付け係数及び冪は専門知識に基づいて設定することができるが、一般には、既知のグランド・トルースを用いて設定された訓練データ、たとえばサバイバル・データを使用して式(3)の重み付け係数及び冪の推定値を得る。推測活性は、式(3)を使用して集約され、続いてMPSを生成する。次に、スコアリング関数の重み付け係数及び冪は、高いMPSが、患者が臨床事象を経験する高い確率と相関するように、また逆も同様に、最適化される。サバイバル・データとのスコアリング関数の相関性の最適化は、多数の解析技法を使用して、たとえば、コックス比例ハザード検定(本明細書で以前に用いた)、対数順位検定、傾斜下降又は手動適応などの標準的な最適化技法と併せたカプラン-マイヤー推定量、などを使用して行うことができる。
これらの実験において、本発明者らは、細胞シグナル伝達経路の活性と再発リスクの間に冪法則応答を予期する理由を見出さなかった。したがって、式(3)は次のように簡略化することができる。
MPS=w・P+w・P+...+w・P+X (4)
ここで、w,...,wは重み付け係数を表す。
この実施例では、臨床事象は癌、特に乳癌であり、TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、HH経路の各推測活性が、本明細書、並びに公開国際特許出願WO2013/011479A2(「Assessment of cellular signaling pathway activity using probabilistic modeling of target gene expression」)及び/又は公開国際特許出願WO2014/102668A2(「Assessment of cellular signaling pathway activity using linear combination(s) of target gene expressions」)で詳細に論じられているように、考察されている。
本明細書で好ましくは使用される式は、TGF-β経路と、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路のうちの1つ以上の経路との活性を考慮に入れている。これらの式は、癌生物学研究から、並びに本発明者らによって公的に利用可能なデータベース中に発見された生存期間とTGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路及びHH経路の各活性との間の相関関係から導出された、本発明者らの観察結果に基づいている。Wnt経路及びHH経路のような初期発生の経路は、癌幹細胞と呼ばれる、表現型のようにさらに幹細胞に戻った癌細胞によって引き起こされる転移において役割を果たすと考えられる。実のところ、本発明者らは、転移癌細胞がシーディング位置において別の器官又は組織へと分割を開始できるようにする、癌転移における役割を果たすWnt経路などの初期発生の経路の十分な指標が得られると考える。転移は、より不良な予後に関連していると共に癌再発の一形態を表し、したがって、Wnt経路及びHH経路などの癌細胞における初期発生の経路の活性が、より悪い予後を予測するものになると本発明者らに期待された。癌進行及び転移におけるWnt経路及びHH経路の推定された役割は、前臨床研究に基づいており、その活性を測定する方法が得られていなかったので、研究対象として提示されてこなかった。加えて、本発明者らは、生存のための(比較的)防御的な機構であるER経路の活性と、より悪い予後と相互に関連があるTGF-β経路及びPI3K経路の活性との間の相関関係を示す十分な指標を、公的に利用可能なデータセット中に発見した。したがって、ER経路の不活性と、TGF-β経路及びPI3K経路の活性とが、乳癌患者の不良な転帰と相互に関連があることが本発明者らによって見出された。
生物学研究からの本発明者らのこれらの観察結果、並びにTGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路及びHH経路の活性が癌再発及び生存全体に役割を果たし得ることと、ER経路の活性が良好な臨床成績につながるように見えることとの臨床相関性が、本明細書では以下の好ましい式として組み合わされており、これは式(4)の特別な場合である。
MPS=w・P+w・P+w・P+w・P+w・P+X (5)
ここで、P、P、P、P、及びPは、それぞれTGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路及びHH経路の推測活性を示し(たとえば、0と1の間の範囲で)、wは正の一定重み付け係数であり、w、w及びwは非負の一定重み付け係数であり、wは非正の一定重み付け係数である。この式によると、対象が臨床事象を特定の期間内に経験する示されたリスクは、合計値の増加と共に単調に増加する。
以下の例では、本発明者らは例示的に、表1に示された標的遺伝子の証拠精選リスト及び本明細書で論じた訓練を使用するTGF-β経路と、表11に示された標的遺伝子のショートリスト及び本明細書で論じた訓練を使用するPI3K経路と、WO2013/011479A2の表1に示された標的遺伝子の証拠精選リスト及び本明細書で論じた訓練を使用するWnt経路と、WO2013/011479A2の表2に示された標的遺伝子の証拠精選リスト及び本明細書で論じた訓練を使用するER経路と、WO2013/011479A2の表3に示された標的遺伝子の証拠精選リスト及び本明細書で論じた訓練を使用するHH経路とからなるベイジアン・ネットワークからの推測活性を使用した。別法として、経路活性は、本明細書及びより詳細にWO2014/102668A2で論じられた、(擬似)線形モデルを使用するなどの代替方法の手段によって推測することができ、或いは、本明細書で例示的に使用された標的遺伝子のリストを、推測経路活性に関して比較可能な結果を得ることが証明されたその証拠となる性質に基づいて、証拠精選リストから標的遺伝子を別に選択したものと置き換えることもできる。代替リストは、本明細書ではTGF-β経路(表2から表4参照)及びPI3K経路(表5及び表6参照)について論じられ、WO2013/011479A2では、Wnt経路(WO2013/011479A2の表6参照)、ER経路(WO2013/011479A2の表7参照)、及びHH経路(WO2013/011479A2の表8参照)について論じられている。
本明細書で、我々は、コックスの比例ハザード・モデルを使用して重み付け係数w、w、w、w、及びwの適切な値を推測する好ましい方法について説明する。コックスの比例ハザード・モデルは、適切な数(好ましくは癌種類の多様なサブセットを表す、好ましくは>100)の、推測活性がP、P、P、P及びPである試料、及びサバイバル・データすなわち生存時間から成る訓練セットと、検閲情報とに、たとえばMATLAB(MATLAB R2014a、The MathWorks Inc.,Natick,MA)又はR(v3.0.3,R Core Team(2014)。Rは統計計算のための言語及び環境。R Foundation for Statistical Computing,Vienna,Austria)を使用して適合される。例示的に、公的に得られる乳癌の、Guyの病院に由来するGSE6532からの試料(n=87)、及びhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/、最終アクセス2014年7月20日、でアクセス可能なGSE9195からの試料(n=77)が、訓練データセットとして使用された。コックスの比例ハザード回帰モデルが、すべての経路の活性に適合され、その結果、経路活性ごとのコックスの係数、その関連する係数推定値の標準誤り(SE)、コックスの係数の指数であるハザード比(HR)、ハザード比の95%信頼区間、及びコックスの係数及び標準誤りから導出されたp値が、表22に見ることができるように得られた。係数推定値の符号は、経路活性が、負係数の場合に臨床事象に対して防御的であるかどうかを示し、又は正係数の場合に悪い予後を予測する。係数の絶対値は、予後に関するリスク・スコアの強さを示す。
Figure 0007065610000026
本発明者らによって、訓練データ・セットについてそれぞれの細胞シグナル伝達経路の活性に適合されたコックスの係数が、たとえば表22に示されるように、リスク・スコアの線形重み付け係数として使用するのに良い値であることが見出された。したがって、これらのコックスの係数は、式(5)の重み付け係数として使用されることが好ましい。リスク・スコアの決定に使用するためのその適性が、以下に説明するように、非常に詳細に評価された。
まず、TGF-β経路の活性が、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路の活性それぞれと組み合わされて、以下の式が得られた。
MPStp=0.98(±0.93)・P+0.80(±0.41)・P (6)
MPStw=0.98(±0.93)・P+1.30(±0.85)・P (7)
MPSte=0.98(±0.93)・P+(-1.02(±0.52))・P (8)
MPSth=0.98(±0.93)・P+0.83(±0.54)・P (9)
次に、TGF-β経路の活性が、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路から成る群からの異なる2つの経路の活性と組み合わされて、以下の式が得られた。
MPStpw=0.98(±0.93)・P+0.80(±0.41)・P+1.30(±0.85)・P (10)
MPStpe=0.98(±0.93)・P+0.80(±0.41)・P+(-1.02(±0.52))・P (11)
MPStph=0.98(±0.93)・P+0.80(±0.41)・P+0.83(±0.54)・P (12)
MPStwe=0.98(±0.93)・P+1.30(±0.85)・P+(-1.02(±0.52))・P (13)
MPStwh=0.98(±0.93)・P+1.30(±0.85)・P+0.83(±0.54)・P (14)
MPSteh=0.98(±0.93)・P+(-1.02(±0.52))・P+0.83(±0.54)・P (15)
次に、TGF-β経路の活性が、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路から成る群からの異なる3つの経路の活性と組み合わされて、以下の式が得られた。
MPStpwe=0.98(±0.93)・P+0.80(±0.41)・P+1.30(±0.85)・P+(-1.02(±0.52))・P (16)
MPStpwh=0.98(±0.93)・P+0.80(±0.41)・P+1.30(±0.85)・P+0.83(±0.54)・P (17)
MPStpeh=0.98(±0.93)・P+0.80(±0.41)・P+(-1.02(±0.52))・P+0.83(±0.54)・P (18)
MPStweh=0.98(±0.93)・P+1.30(±0.85)・P+(-1.02(±0.52))・P+0.83(±0.54)・P (19)
コックスの係数が、式(5)に列記されたTGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路の活性の一次結合をパラメータ化するのに用いられることが特に好ましく、それにより以下の式が得られる。
MPStpweh=0.98(±0.93)・P+0.80(±0.41)・P++1.30(±0.85)・P+(-1.02(±0.52))・P+0.83(±0.54)・P (20)
ここで、係数の標準誤りが括弧間に列記されている。
別法として、(擬似)線形モデルを、本明細書及びより詳細にWO2014/102668A2(「Assessment of cellular signaling pathway activity using linear combination(s) of target gene expressions」)で説明されているように使用して経路活性を推測することができ、またこれらの推測活性を、上記で論じられたのと同様に、確率的なモデルによって推測された経路活性と共に使用することができる。経路活性のこれらの線形モデルを式(6)から(20)に挿入すると、最終的に、加算の展開後に、たった1回の加算を伴う式に一般化できる一次結合になる。
MPSprobesets=Σwij・Eij (21)
ここで、Σは、ここではTGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路及びHH経路である、全j個の経路のうちの全i個のプローブセットの合計であり、wijはプローブセットに関連した重みであり、これは、「単層」線形モデルについては経路に関連した重みとプローブセット又は経路との積に等しく、「二層」線形モデルについては標的遺伝子とプローブセットの積に等しい。本明細書では、重みwijは例示的に、j番目の経路のi番目のプローブセットの、訓練データ・セットから推定されたコックスの係数に等しく選択され、Eijはj番目の経路のi番目のプローブセットである。当業者であれば、この式を(RT-q)PCR、配列決定、mRNA fish法、並びに、本明細書で例示的に使用されたアフィメトリクスHG-U133Plus2.0に由来するプローブセットの代わりに標的遺伝子の発現レベルを検出する他の適切な方法など、他の測定プラットフォームに適合させることができよう。
次に、本明細書に記載のリスク・スコアが他の3つのデータセットの組合せについて検査された。GSE20685及びGSE21653は、http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/、最終アクセス2014年7月20日、でアクセス可能な遺伝子発現オムニバスにおいて得られるのに対し、E-MTAB-365は、http://www.ebi.ac.uk/arrayexpress/ experiments/、最終アクセス2014年7月20日、でアクセス可能なArrayExpressにおいて得られる。3つのデータセットでは、合計1005人の乳癌患者の様々な組を、完全な生存時間及び検閲データと組み合わせる。これらの患者のリスク・スコアが式(6)から(21)に従って計算され、次に、リスク・スコアの予後値が、このような予後値を量子化する2つの方法を使用して調査された。これらは、コックスの比例ハザード回帰モデル、及び対数順位統計検定と合わせたカプラン-マイヤー・グラフである。
第1の方法は、コックスの比例ハザード・モデルを、1つ又は複数の共変量によって生存データに適合させる。手短に言えば、このようなハザード・モデルは、共変量の(数)値に基づいて母集団内の生存(臨床事象)に関する変動を説明する。適合の結果として、含まれる各共変量に、コックスの係数の指数であるハザード比(HR)が割り当てられ、このハザード比は、臨床事象の関連リスクを共変量の値に基づいて定量化し、たとえば2のHRは、共変量の値に1の増加がある患者に対して、対象となる臨床事象の2倍高いリスクに相当する。詳細には、HR=1という値は、この共変量が生存に影響を及ぼさないことを意味するのに対し、HR<1では、共変量数の増加がより低いリスクを表し、共変量数の減少がより高いリスクを表し、またHR>1では、共変量数の増加がより高いリスクを表し、共変量数の減少がより低いリスクを表す。ハザード比と共に、95%信頼区間及びp値が報告される(すなわち、ハザード比が1よりも著しく小さい、又は大きいという片側確率)。全リスク・スコアが、ハザード比の直接比較を簡単明瞭にするために、リスク・スコアのスケール(最小値から最大値まで)が1になるように基準化される。
後者の方法には、臨床事象の生存確率を時間の関数として表すカプラン-マイヤー曲線のグラフ化が含まれる。たとえば、母集団内の異なるリスク群について、例示的な予後検査に基づいてカプラン-マイヤー曲線をグラフ化することによって、例示的な臨床事象のリスク分別の特性を可視化することができる。すなわち、より分岐するリスク群は、リスク・スコアが、リスクのある患者の層別化ではより良いことを示す。この特性は、2つの生存曲線が、完全な追跡調査期間を考慮に入れて等しくなる確率(p値)を計算する対数順位検定によって、さらに定量化することができる。
TGF-β経路と、Wnt経路、ER経路、及びHH経路のうちの1つ以上の経路との推測活性を少なくとも使用するリスク・スコアの結果は、本明細書で提示されるように、個々の推測活性P、P、P、P、及びP、すなわち、TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路それぞれの推測活性と比較して、また、本明細書で提示されるように、P、P、Pの非一次結合、及びGenomic Healthの乳癌Oncotype DX(登録商標)検定と比較して、評価された。P、P、及びPの非一次結合は、以下のように計算される。
MPSewh=-P+max(P,P) (22)
MPSewhは、乳癌患者における再発の適切な予知因子であることが示された。これは式(22)を用いて計算され、患者は、低リスク、中リスク及び高リスクの患者に、式に示されたMPSewhの閾値を使用して、すなわちそれぞれ-0.1及び0.1において、層別化された。Oncotype DX(登録商標)検定は、ER陽性乳癌患者に関する再発の適切な予知因子であることが示された。Oncotype DX(登録商標)検定は、ここではハザード比の直接比較のために0と1の間に基準化される0と100の間のリスク・スコア又は再発スコア(RS)を返し、このRSは、遺伝子のパネルについて測定された発現レベルの組合せに基づいて計算される。(S.Paikらの「A multi-gene assay to predict recurrence of Tamoxifen-treated,node-negative breast cancer」、The New England Journal of Medicine,Vol.351,No.27,2004、2817~2826頁、C.Fanらの「Concordance among gene-expression-based predictors for breast cancer」、The New England Journal of Medicine,Vol.355,No.6,2006,560~569頁参照)。RSは、ER陽性、HER2陰性(タンパク質染色又はFISH)、ノード陰性乳癌患者の10年生存に関して最適化される。RSは、上記のデータセットに報告されたマイクロアレイ発現データを使用して、Fanらにより報告された手順に従って計算され(C.Fanら(2006)参照)、患者は続いて、低リスク患者、中リスク患者、及び高リスク患者に、Oncotype DX(登録商標)リスク層別化アルゴリズム(Paikら(2004)参照)に従って分けられた。
まず、コックスの比例ハザード回帰が、基準化リスク・スコアについてE-MTAB365、GSE20685及びGSE21653の乳癌患者を用いて行われた。計算された一変量のコックスの係数、その標準誤り、ハザード比、関連する95%信頼区間、及びp値が表23に示されている。印象的なことに、TGF-β経路の活性を他の細胞シグナル伝達経路のうちの1つの活性と組み合わせるすべてのリスク・スコアが、コックスの係数の高い絶対値で表されるように、個々の経路活性よりも適切に機能し、これは、他の細胞シグナル伝達経路の活性と一緒にTGF-β経路の活性を組み合わせたものが、臨床事象の予後、この場合には無病生存、に関して個々の経路の活性よりも適切に機能したことを示す。加えて、2つの細胞シグナル伝達経路の組合せ活性のp値もまた、この優位性を示す。その理由は、これらのp値が一般に、TGF-β経路の活性を別の細胞シグナル伝達経路の活性と組み合わせたものについては、個々の経路活性のp値よりも小さいからである。TGF-β経路の活性を他の2つの細胞シグナル伝達経路の活性と組み合わせることによりまた、コックスの係数(及びp値)は、2つの経路活性に基づくリスク・スコアと比較して改善した。TGF-β経路、PI3K経路、ER経路の活性を式(11)に示されるように、TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路の活性を式(20)に示されるように、それぞれ組み合わせるMPStpe及びMPStpwehリスク・スコアは、他の組合せと同様に機能し、またそれよりも機能が優れており、すなわち、個々の経路活性よりも、並びにTGF-β経路の活性と1つ、2つ又は3つの他の細胞シグナル伝達経路の活性とを組み合わせた他のものよりも、係数、標準誤り、HR及びp値に関して明白であるように、適切に機能する。加えて、MPStpwehスコアに使用されるものと同じプローブセットを含むMPSprobesetsリスク・スコアは、TGF-β経路の活性、及び他の1つ又は2つの細胞シグナル伝達経路の活性を含むリスク・スコアよりも、コックスの回帰結果から明らかなように、優れている。それにもかかわらず、MPSprobesetsの性能は、MPStpwehよりも限界的に悪く、これは、多数の適合係数により(MPStpwehで5個の係数に対し、MPSprobesetsでは339個の係数)、リスク・スコアを訓練データに「過度に適合させること」の結果である可能性がある。TGF-β経路の活性と他の1つ又は複数の経路の活性とを組み合わせるすべてのリスク・スコアが、MPSewh及びRSリスク・スコアよりも、それぞれのコックスの係数から明らかなように、適切に機能した。
Figure 0007065610000027
TGF-β標的遺伝子の代替リスト、すなわち「20標的遺伝子ショートリスト」、「12標的遺伝子ショートリスト」、及び「7標的遺伝子ショートリスト」(表2から表4参照)を使用して、それぞれ比較可能な結果が得られた。これは、「20標的遺伝子ショートリスト」、「12標的遺伝子ショートリスト」、及び「7標的遺伝子ショートリスト」を使用するMPStpwehの結果を示す表24から見ることができる。これらの結果は、リスク・スコアの「強さ」が、ショートリストが使用される場合にはわずかに低くなることを示す。それでも、ショートリストは、TGF-β経路活性なしのリスク・スコアよりも適切に機能する。
Figure 0007065610000028
次に、対象のリスク・スコアの予後層別化が、対数順位検定と併せてカプラン-マイヤー・グラフを使用して解析された。本明細書に記載の新しいリスク・スコアのための単純化アルゴリズムを例示的に使用して、患者をそのリスク・スコアに応じて層別化した。1005人の患者が、増加するリスク・スコアからなる等しいサイズの3つの群(n=335)に分けられる。すなわち、カットオフが全患者のそれぞれのリスク・スコアの三分位値のところにある。リスク層別化の、前述の方法に対する他の変形形態は、当業者によって理解され、既知の最適化技法を使用して行われ得る。たとえば、ヨーデンのJ統計を使用してリスク閾値を推測することができる。比較のために含められた他のリスク・スコアのリスク層別化は、その発明者によって記述されたように行われる。すなわち、TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路の活性を使用して、それぞれの経路が活性であるか、すなわち0から1のスケールで0.5を超える活性であるか、それとも不活性であるか、すなわち0から1のスケールで0.5以下であるかどうかに応じて患者を層別化する。MPSewhが-0.1以下の患者は低リスクであると考えられ、MPSewhが0.1以上の患者は高リスクであると考えられ、残りのすべての患者(MPSewhが-0.1と0.1の間)は中リスクであると考えられる。一方で、RSが18未満の患者は低リスクであると考えられ、RSが31以上の患者は高リスクであると考えられ、残りのすべての患者(RSが18から31の間)は中リスクであると考えられる。本明細書に記載の新しいリスク・スコアのカプラン-メイヤー・グラフ、すなわち、MPStp(図2参照)、MPStw(図3参照)、MPSte(図4参照)、MPSth(図5参照)、MPStpw(図6参照)、MPStpe(図7参照)、MPStph(図8参照)、MPStwe(図9参照)、MPStwh(図10参照)、MPSteh(図11参照)、MPStpwe(図12参照)、MPStpwh(図13参照)、MPStpeh(図14参照)、MPStweh(図15参照)、MPStpweh(図16参照)、及びMPSprobesets(図17参照)が、図2から図9に提示されている。これらのグラフにおいて、垂直軸は、患者群に対する無再発生存を示し、水平軸が年単位の時間を示す。低、中、及び高リスク群(それぞれ335人の患者)は、それぞれ実線(特徴的に上)、点線(特徴的に中間)、及び破線(特徴的に下)で示されている。これらのグラフは、対象が臨床事象を特定の期間内に経験する可能性のあるリスクの、異なる群間の明確な区別を示す。リスク層別化におけるこの差異は、対数順位検定によって量子化することができる。ここでは、最も高いリスク群対最も低いリスク群(個々の経路活性の場合には、これは活性対不活性になる)のカプラン-マイヤー曲線を比較することが選択された。対数順位p値は、表23の最後の欄に表されている。カプラン-マイヤー・グラフ、及び関連する対数順位統計はさらに、TGF-β経路の活性と別の1つの細胞シグナル伝達経路の活性とを含むリスク・スコアの利点を例証するものである。その理由は、このリスク・スコアを使用して疾患再発の低リスク又は高リスクの患者を層別化できるからである。
図18は、5年(実線)及び10年(点線)の無病生存期間の可能性を、例として非密封MPStpwehを使用して示す。区分的曲線は、値-0.4と1.2の間の可能性/リスクの強度の(単調)増加を示し、これらの値の下及び上で、リスクは横ばいになるように見える。したがって、カットオフをこれらの値の近くに置くことは理に適っている。さらに、ユーザが使いやすいように、複数経路スコアは、負の値を含む範囲をカバーする代わりに再基準化して、ゼロから始めてある特定の正の数まで、たとえば0から15、又は0から100の間に広がることもできる。たとえば、これらの閾値を含む再基準化MPStpwehは、以下のように見え得る。
Figure 0007065610000029
GSE6532及びGSE9195の乳癌患者の初期訓練セットについて訓練されたMPStp、MPStw、MPSte、MPSth、MPStpw、MPStpe、MPStph、MPStwe、MPStwh、MPSteh、MPStpwe、MPStpwh、MPStpeh、MPStweh、MPStpweh及びMPSprobesetsリスク・スコアは、乳癌試料の他のデータセットを適切に一般化することが示された。別法として、リスク・スコアは、以前に記載したデータセット、すなわち、GSE6532、GSE9195、E-MTAB-365、GSE20685及びGSE21653について同時に(生存データがある合計1169人の患者)、以前に論じた推定コックスの係数を用いて訓練することもできる。これにより、以下のリスク・スコアが得られる。
MPStp=1.27(±0.21)・P+0.70(±0.17)・P (24)
MPStw=1.27(±0.21)・P+0.38(±0.26)・P (25)
MPSte=1.27(±0.21)・P+(-0.87(±0.18))・P (26)
MPSth=1.27(±0.21)・P+0.90(±0.20)・P (27)
MPStpw=1.27(±0.21)・P+0.70(±0.17)・P+0.38(±0.26)・P (28)
MPStpe=1.27(±0.21)・P+0.70(±0.17)・P+(-0.87(±0.18))・P (29)
MPStph=1.27(±0.21)・P+0.70(±0.17)・P+0.90(±0.20)・P (30)
MPStwe=1.27(±0.21)・P+0.38(±0.26)・P+(-0.87(±0.18))・P (31)
MPStwh=1.27(±0.21)・P+0.38(±0.26)・P+0.90(±0.20)・P (32)
MPSteh=1.27(±0.21)・P+(-0.87(±0.18))・P+0.90(±0.20)・P (33)
MPStpwe=1.27(±0.21)・P+0.70(±0.17)・P+0.38(±0.26)・P+(-0.87(±0.18))・P (34)
MPStpwh=1.27(±0.21)・P+0.70(±0.17)・P+0.38(±0.26)・P+0.90(±0.20)・P (35)
MPStpeh=1.27(±0.21)・P+0.70(±0.17)・P+(-0.87(±0.18))・P+0.90(±0.20)・P (36)
MPStweh=1.27(±0.21)・P+0.38(±0.26)・P+(-0.87(±0.18))・P+0.90(±0.20)・P (37)
MPStpweh=1.27(±0.21)・P+0.70(±0.17)・P+0.38(±0.26)・P+(-0.87(±0.18))・P+0.90(±0.20)・P (38)
別法として、リスク・スコアの係数は、データセットについて別々に推定されたコックスの係数を組み合わせることによって決定することもできる。別々に決定されたコックスの係数は、その標準誤りと共に、最大の可能性のある推定を用いて各経路の活性の真の係数を推定するのに使用される。Guyの病院からの、患者の両データセット、GSE6532及びGSE9195は、そのサイズが小さいので一緒にして1つの訓練データセットにされた。最も可能性のある係数の値は、別々に決定された係数推定値を、データセットに含まれる患者数を係数推定の標準誤りで割ったもので重み付けすることによって決定された。
Figure 0007065610000030
ここで、nはデータセットiに含まれる患者の数であり、b^は真の係数値の推定量であり、bはデータセットiのコックスの係数であり、σはデータセットiから推定されたコックスの係数の標準誤りである。この最小化は、TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路の活性それぞれについて行われた。真の係数推定値の分散は、フィッシャー情報行列を使用して決定された。これらの値を使用して前述の経路活性の一次結合をパラメータ化することにより、以下のリスク・スコアが得られる。
MPStp=1.20(±0.11)・P+0.72(±0.16)・P (40)
MPStw=1.20(±0.11)・P+0.19(±0.14)・P (41)
MPSte=1.20(±0.11)・P+(-0.83(±0.07))・P (42)
MPSth=1.20(±0.11)・P+0.75(±0.18)・P (43)
MPStpw=1.20(±0.11)・P+0.72(±0.16)・P+0.19(±0.14)・P (44)
MPStpe=1.20(±0.11)・P+0.72(±0.16)・P+(-0.83(±0.07))・P (45)
MPStph=1.20(±0.11)・P+0.72(±0.16)・P+0.75(±0.18)・P (46)
MPStwe=1.20(±0.11)・P+0.19(±0.14)・P+(-0.83(±0.07))・P (47)
MPStwh=1.20(±0.11)・P+0.19(±0.14)・P+0.75(±0.18)・P (48)
MPSteh=1.20(±0.11)・P+(-0.85(±0.06))・P+0.75(±0.18)・P (49)
MPStpwe=1.20(±0.11)・P+0.72(±0.16)・P+0.19(±0.14)・P+(-0.83(±0.07))・P (50)
MPStpwh=1.20(±0.11)・P+0.72(±0.16)・P+0.19(±0.14)・P+0.75(±0.18)・P (51)
MPStpeh=1.20(±0.11)・P+0.72(±0.16)・P+(-0.83(±0.07))・P+0.75(±0.18)・P (52)
MPStweh=1.20(±0.11)・P+0.19(±0.14)・P+(-0.83(±0.07))・P+0.75(±0.18)・P (53)
MPStpweh=1.20(±0.11)・P+0.72(±0.16)・P+0.19(±0.14)・P+(-0.83(±0.07))・P+0.75(±0.18)・P (54)
実施例3 CDSアプリケーション
図19(本明細書に開示されているように、対象が臨床事象を特定の期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するように構成された臨床判断支援(CDS)システムを図示する)を参照すると、臨床判断支援(CDS)システム10が、適切に構成されたコンピュータ12として実現される。コンピュータ12は、ハード・ドライブ若しくは他の磁気記憶媒体、光ディスク若しくは他の光記憶媒体、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、フラッシュ・メモリ、又は他の電子記憶媒体、ネットワーク・サーバなどの非一時的記憶媒体(図示せず)に記憶されている適切なソフトウェア、ファームウェア、又は他の命令を実行することによってCDSシステム10として動作するように構成することができる。説明的なCDSシステム10は、説明的なコンピュータ12によって具現化されているが、より一般的にCDSシステムは、本明細書で論述されている臨床判断支援方法を実施するように構成されたデジタル・プロセッサを備える、デジタル処理デバイス又は装置によって具現化することができる。たとえば、デジタル処理デバイスは、手持ち型デバイス(たとえば、CDSアプリケーションを実行する携帯情報端末又はスマートフォン)、ノート型コンピュータ、デスクトップ・コンピュータ、タブレット・コンピュータ若しくはデバイス、リモート・ネットワーク・サーバなどであり得る。コンピュータ12又は他のデジタル処理デバイスは通常、表示装置14を含むか、又はそれに動作可能に接続され、この表示装置を介して臨床判断支援推奨を含む情報が医療関係者に表示される。コンピュータ12又は他のデジタル処理デバイスはまた通常、説明的なキーボード16、若しくはマウス、トラックボール、トラックパッド、タッチ・センサ式画面(場合により表示装置14と一体化)、又は他のポインタ・ベースのユーザ入力デバイスなどの、1つ又は複数のユーザ入力デバイスを含むか、又はそれに動作可能に接続され、このユーザ入力デバイスを介して医療関係者が、CDSシステム10を制御するための操作コマンド、CDSシステム10で使用するためのデータなどの情報を入力することができる。
CDSシステム10は入力として、対象(たとえば、癌専門医、外科医若しくは他の医療関係者の治療を受けている病院患者若しくは外来患者、或いは結腸癌、乳癌若しくは肝臓癌などの特定の種類の癌があることが分かっている、又は疑われている、癌のスクリーニング若しくは他の診察を受けている人)に関する情報を受け取る。CDSシステム10は、表示装置14を介して(又は、人間が知覚できる出力が得られる音声合成装置若しくは他のデバイスを介して)医療関係者に提示される臨床判断支援推奨を生成するために、この入力情報に様々なデータ解析アルゴリズムを適用する。いくつかの実施形態では、これらのアルゴリズムは、臨床指針を患者に適用することを含み得る。臨床指針は、通常では医療専門家委員会の推奨に基づいて構築され、任意選択で、臨床指針に目を通しやすくするための臨床「流れ図」の形にフォーマットされる、標準又は「基準」の治療推奨の記憶セットである。様々な実施形態では、CDS10のデータ処理アルゴリズムは追加として、又は別法として、様々な診断アルゴリズム又は臨床試験アルゴリズムを含むことができ、これらのアルゴリズムは、本明細書で開示されている機械学習法などの臨床判断推奨を抽出するために、入力情報に対して実施される。
本明細書に開示されている説明的なCDSシステム(たとえば、CDSシステム10)では、CDSデータ解析アルゴリズムは、1つ又は複数の診断アルゴリズム又は臨床試験アルゴリズムを含み、これは、1つ又は複数の医療検査所18で取得された入力ゲノム及び/又はプロテオミクスの情報に対して実施される。これらの検査所は「現地に」、すなわち、対象が医療検査及び/又は治療を受けている病院又は他の場所に、又は「現地外に」様々に設置することができる、たとえば、対象の試料を(郵便又は他の配達サービスによって)受け取る専門化及び集中化した検査所であり、試料は、対象から取り出されている(たとえば、癌病変部から、又は癌の疑いがある病変部から、又は転移腫瘍から、又は癌細胞で汚染されている流体が存在する体腔(たとえば、胸膜若しくは腹部の腔、又は膀胱腔)から、又は癌細胞を含有する他の体液などから、好ましくは組織診手順又は他の試料抽出手順を介して得られた試料)。試料が取り出された細胞はまた、悪性血液疾患(白血病又はリンパ腫など)からの腫瘍細胞でもあり得る。場合によっては、細胞試料はまた、循環腫瘍細胞、すなわち血流に入った腫瘍細胞であることもあり、適切な分離技法、たとえばアフェレーシス又は従来の静脈血採血を用いて取り出すことができる。血液は別として、試料が抽出される体液は、尿、胃腸内容物、又は血管外湧出物であり得る。
試料は検査所で処理されて、ゲノム又はプロテオミクスの情報が生成される。たとえば、試料は、マイクロアレイ(当技術分野ではまた様々に、遺伝子チップ、DNAチップ、バイオ・チップなどとも呼ばれている)を使用して、又は定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)処理によって、処理して、対象の遺伝子の発現レベルなどの証拠となるゲノム又はプロテオミクスの情報を、たとえば、遺伝子から転写されるメッセンジャーリボ核酸(mRNA)のレベル、又は遺伝子から転写されたmRNAから翻訳されるタンパク質のレベルの形で測定する。別の例として、試料は、遺伝子配列決定検査所で処理して、デオキシリボ核酸(DNA)の配列を生成することも、RNA配列、コピー数変化、メチル化などを生成することもできる。他の企図される測定手法には、病理スライド上で行われる免疫組織化学的検査(IHC)、細胞診断、蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)、近接ライゲーション・アッセイなどが含まれる。マイクロアレイ処理、質量分析、遺伝子配列決定、又は他の検査所技法によって生成できる他の情報には、メチル化情報が含まれる。このようなゲノム及び/又はプロテオミクスの測定を様々に組み合わせることもまた実施することができる。
いくつかの実施形態では、医療検査所18は、対象の試料に対していくつかの標準化データ取得を実施して、大量のゲノム及び/又はプロテオミクスのデータを生成する。たとえば、標準化データ取得技法により、1つ又は複数の染色体又は染色体部分の、又はゲノム全体の、(任意選択で配列された)DNA配列を生成することができる。標準マイクロアレイを適用すると、多数の遺伝子の発現レベル、様々なメチル化データなど、数千又は数万のデータ項目を生成することができる。同様に、PCRによる測定を用いて、遺伝子のうちの選択されたものの発現レベルを測定することができる。この大量のゲノム及び/又はプロテオミクスのデータ、又はそのうちの選択された部分がCDSシステム10に入力されて処理され、それによって、臨床判断支援推奨を策定するための臨床的に有用な情報が創出される。
開示されたCDSシステム及び関連する方法は、ゲノム及び/又はプロテオミクスのデータを処理して様々な細胞シグナル伝達経路の活性を評価すること、並びに対象が臨床事象(たとえば、癌)を特定の期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定することに関する。しかし、開示されたCDSシステム(たとえば、CDSシステム10)は任意選択で、バイタルサイン監視データ、患者病歴データ、患者人口統計データ(たとえば、性別、年齢など)、患者医療画像データなどの様々な患者データに基づく記憶された臨床指針に従って、臨床判断支援推奨を生成することなど、多様な付加機能をさらに含むことができることを理解されたい。別法として、いくつかの実施形態では、CDSシステム10の機能は、本明細書に開示のように、ゲノム及び/又はプロテオミクスのデータ解析だけを行って細胞シグナル伝達経路の活性を評価すること、及び対象が臨床事象(たとえば、癌)を特定の期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定することに限定することもできる。
例示的な図19を引き続き参照すると、CDSシステム10は、対象における1つ又は複数の細胞シグナル伝達経路の、ここではTGF-β経路、並びにPI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路のうちの1つ以上の、活性22を、それだけには限らないが、対象の試料において測定された細胞シグナル伝達経路の1つ又は複数の標的遺伝子の発現レベル20に基づいて、推測する。TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路は、これらの経路の調節が失われることが癌の増殖の原因になり得るので、腫瘍学の様々な分野で注目されている。約10個から15個の関連するシグナル伝達経路があり、各癌は、調節解除されている少なくとも1つの主要経路によって駆動される。何か特定の動作原理に制限されなければ、これらの経路は細胞増殖を調節し、その結果、癌細胞におけるこれらの経路の調節が失われることにより経路が「常にオン」になり、それによって癌細胞の増殖が加速される可能性があり、これがひいては、癌の成長、浸潤又は転移(拡散)として顕在化する。
細胞シグナル伝達経路を形成するタンパク質カスケードの一部である中間タンパク質などの、細胞シグナル伝達経路の調節タンパク質をコードする遺伝子のmRNA発現レベルの測定は、調節タンパク質発現レベルの間接的測定であり、実際の調節タンパク質発現レベルとの強い(細胞シグナル伝達経路の活性全体とはずっと弱い)相関関係があることもないこともある。細胞シグナル伝達経路は、標的遺伝子の転写を直接調節し、したがって、標的遺伝子から転写されたmRNAの発現レベルは、この調節活性の直接の結果になる。それゆえに、CDSシステム10は、1つ又は複数の細胞シグナル伝達経路(ここでは、TGF-β経路、並びにPI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路のうちの1つ以上)の活性を、細胞シグナル伝達経路の1つ又は複数の標的遺伝子の発現レベル(代用測定としてmRNA又はタンパク質レベル)に基づいて推測する。これにより、CDSシステム10が経路の活性を、測定された標的遺伝子の発現レベルによって得られた直接の情報に基づいて推測することが確実になる。
推測活性、この例ではP、P、P、P及びP、すなわちTGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路の推測活性を次に使用して、本明細書に詳細に記載のように、対象が臨床事象、この例では癌、特に乳癌を特定の期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを24で決定する。リスク・スコアは、推測活性を組み合わせたものに基づく。たとえば、リスク・スコアは、式(4)又は(5)に関して詳細に説明されたように計算された「複数経路スコア」(MPS)とすることができる。
決定されたMPSに基づいて、この例ではCDSシステム10は、26で対象を、対象が臨床事象を特定の期間内に経験することの別々に示されたリスクと関連付けられた複数のリスク群のうちの少なくとも1つに割り当て、かつ/又は28で、対象に推奨される治療を、対象が臨床事象を特定の期間内に経験することの示されたリスクに基づいて決定する。
特定の患者についてのMPS及び/又はリスク分類をCDSシステムによって決定すること、又は本明細書に記載のMPS及びリスク分類の独立した実施により、患者の診断又は治療又は監視/経過観察に関わる腫瘍医、外科医、又は他の医療関係者が治療を、患者が長期生存の最善の機会を得られるように、同時に、望ましくない副作用、特に積極的な化学療法及び/又は標的治療及び/又は免疫療法及び/又は放射線療法及び/又は手術の副作用が最小限になるように、適応させることが可能になる。したがって、たとえば、癌再発のリスクが低い患者、すなわちMPSが低い患者、及び/又は本明細書に記載のリスク層別化アルゴリズムに基づいて低リスクとして分類された患者は現在、通常はホルモン療法だけで、又はホルモン療法を組み合わせたもの、たとえば抗エストロゲン剤及び/又はアロマターゼ阻害薬と低毒性化学療法剤とで治療される。一方で、癌再発のリスクが中間又は高い患者、すなわちMPSが中から高の患者、及び/又は本明細書に記載のリスク層別化アルゴリズムに基づいて中リスク又は高リスクとして分類された患者は現在、通常はアントラサイクリン及び/又はタキサンがベースの治療養生法などの、より積極的な化学療法で治療されることになる。加えて、MPSは、場合により他の患者検査結果及び/又は他の予後又は予測的な(たとえば、コンパニオン診断)検査の結果と組み合わせて、患者を、タモキシフェン、トラスツズマブ、ベバシズマブなどの標的薬剤で、及び/又は、現在は患者の特定の癌に対する主系統治療プロトコルの一部ではない他の治療薬剤(たとえば、免疫療法)で、及び/又は放射線療法、たとえば密封小線源療法で、及び/又は、たとえば一次治療の前及び/又は後の、異なる治療のタイミングなどの他の治療選択肢で、治療する決定を行うことができる。
対象が臨床事象(たとえば、癌)を特定の期間内に経験するリスクを示すものとして決定リスク・スコア(MPS)を直接使用する代わりに、CDSシステム10が、リスク・スコアを1つ又は複数の追加予後検査から得られた1つ又は複数の追加リスク・スコアと組み合わせて結合リスク・スコアが得られるように構成されることが可能であり、この結合リスク・スコアが、対象が臨床事象を特定の期間内に経験するリスクを示すことに留意されたい。1つ又は複数の追加予後検査には特に、Oncotype DX(登録商標)乳癌検査、Mammostrat(登録商標)乳癌検査、MammaPrint(登録商標)乳癌検査、EndoPredict(登録商標)乳癌検査、BluePrint(商標)乳癌検査、CompanDx(登録商標)乳癌検査、Breast Cancer Index(役務標章)(HOXB13/IL17BR)、OncotypeDX(登録商標)結腸癌検査、及び/又は、遺伝子/タンパク質Ki67の発現を測定することによって行われる増殖検査が含まれ得る。
実施例4 乳癌サブタイプにおける適用
各乳癌サブタイプの経路活性を評価するために、ER、AR、Wnt、HH、TGF-β及びPI3K経路の数学経路モデルが、アフィメトリクス HG-U133 Plus 2.0、公的データセットGSE6532、GSE9195、GSE20685、GSE21653及びE-MTAB-365の1294個の乳癌組織試料からのマイクロアレイ・データについて個別に検査された。様々な乳癌サブタイプは、異なる活性経路の分布によって特徴づけられた(図24A及び図24B参照)。1294個の乳癌試料のうち749個(58%)は、TF複合体が活性で存在する推測確率が0.5を超えているものと定義される、少なくとも1つの経路活性を有した(図24A参照)。経路が活性である限界確率として、又はわずかに活性の経路として定義される0.2の低い閾値では、1026(79%)人の患者が少なくとも1つの限界活性経路を有した(図24B参照)。患者の41%(n=537)が、少なくともER又はPI3K経路活性を有した。HH、TGF-β及びWnt活性試料は少ない頻度で、それぞれ11%(n=142)、8.4%(n=109)及び5.4%(n=70)の患者で見つかった(図24B参照)。わずか2.6%(n=34)という少ない割合の患者が、活性AR経路を有することが判明した。
内因性サブタイプは、Parker及び協力者によって示された方法を用いて決定された(J.S.Parkerら「Supervised risk predictor of breast cancer based on intrinsic subtype」、Journal of Clinical Oncololgy,Vol.27,2009、1160~1167頁参照)。PAM50に含まれる全50遺伝子のfRNA正規化遺伝子発現が、マイクロアレイ・データから、PAM50遺伝子に関連するプローブセットを使用して抽出された。
複数のプローブセットが単一の遺伝子に関連している場合には、変動が最も大きいプローブセットが選ばれた。管腔A、管腔B、HER2豊富、基礎様及び正常様の重心が、既知のサブタイプと共にGSE21653からの試料を用いて計算された。次に、これらの重心とのピアソンの相関係数がすべての試料について計算された。各試料は、相関が最も高いサブタイプに割り当てられた。カプラン・マイヤー曲線及び一変量コックス回帰を用いる生存期間解析により、ER、Wnt、HH、PI3K及びTGF-β経路活性が、1169人の乳癌患者について評価された無再発生存期間と関連することが示された(図25A及び図26参照)。
無再発生存期間がER活性患者で相対的に最も高いのに対し(図25A及び図25B参照)、活性TGF経路を持つ患者はかなり早く再発した(3年無再発生存期間が67.5%対90.4%、対数順位検定が5.4×10-10)。また、他の胚性細胞シグナル伝達経路、HH及びWnt、並びにPI3K生存経路の活性を持つ患者も予後が、ER活性患者と比べて著しく悪かった(対数順位検定がそれぞれ、p=2.2×10-6、1.1×10-3、及び2.1×10-6)。これら5つの経路のどれもが活性であると判明しなかった患者は、予後がほどほどに良かったが、ER活性患者と比べると悪かった。
次に、経路確率と無再発生存期間の間の関係がコックス回帰によってさらに評価された。経路活性確率についての一変量コックス回帰解析により、ER経路が最も好ましい活性と特定され、Wnt、HH、PI3K及びTGF-β活性は不良な予後と関連付けられた(図26参照)。AR経路の確率は、無再発生存期間に関して好ましいとも好ましくないとも明確に規定することができなかった(p=0.2、両側)。ER、HH、PI3K及びTGFβ経路の確率は、ER、Wnt、HH、PI3K及びTGF-βによる多変量解析において依然として有意性のある再発の予知因子であるのに対し、Wntは、他の経路と組み合わせた場合に、その有意性がなくなる(図26参照)。
167個(13%)の患者試料で、少なくとも2つの経路が活性であると判明した。最も優勢な組合せは、活性のER経路とPI3K経路から成る(図27参照)。活性のER又はPI3Kと、1つ又は複数の胚性経路との組合せもまた最も優勢な組合せの中にあり、たとえばHHとPI3Kの組合せは18回観察された。少ない割合の試料で、2つの胚性経路が様々な組合せで活性であると判明した。しかし、これらの経路組合せと関連した予測的な予後値を特定するには、試料数が少なすぎた。
生存期間解析は、乳癌患者における無再発生存期間に関するER、HH、PI3K及びTGF-β経路の推測活性の、強力でほとんど独立している予後能力を実証し、それによって、これらを1つのリスク・スコアに組み合わせたものが正当になる(図28B、図28D、図28F、図28H、及び図28J参照)。一変量解析ではぎりぎり有意性があり、多変量解析では、活性Wnt経路を有する試料がほんのわずかであることにより有意性がないWnt経路はそれでも、経路活性なしに対するWnt活性の有意の対数順位検定結果(p=0.0011)に基づいて、複数経路スコアに含まれるように選ばれた。AR経路は、予後に関しては有益でなく、したがって乳癌のMPSには含まれなかった。実施例2で論じたように、複数経路スコア(MPS)は、ER、Wnt、HH、PI3K及びTGF-β経路の一変量コックス回帰係数を、ER陽性乳癌がある患者の164訓練試料に対し公的データセットGSE6532及びGSE9195の既知の臨床結果と共に用いて、導出された。このMPSを、追跡情報がある残りの1005人の患者について検査した結果、最低及び最高三分位値のカプラン・マイヤー生存期間グラフで見ることができるように、高リスク患者と低リスク患者の間に明確な分別が得られた(p=8.6×10-12、対数順位検定、図25B参照)。MPSが、一変量コックス回帰解析による予後と強く関連付けられた(HRscaled=4.90、p=7.3×10-15)。
1294乳癌試料がその内因性サブタイプに分類された。これらのサブタイプ全体にわたる経路活性の分布が図28A、図28C、図28E、図28G及び図28Iに示されている。ER経路は、一般にはER+試料である管腔A及びB試料において、活性であることが最も多いと判明した。管腔試料中で、ER経路は、活性であることが、不良な予後管腔B群よりも良好な予後の管腔A群の方で多いが(図28A及び図28C参照)、PI3K経路は、管腔B試料の方が活性であることが多い。
管腔試料とは異なり、HER2豊富な基礎型試料のうちで活性ER経路を示したものは全くなかったが、PI3K経路に加えて、胚性経路のWnt、HH及びTGF-βは、より侵襲性で不良な予後を伴うことが知られているこれらの癌サブタイプにおいて、活性であることがより多いように見えた(図28E及び図28G参照)。Wnt経路は、基礎型の中で非常に顕著な活性経路であった(図28G参照)。HER2サブタイプ中に最大の割合であるのは、活性PI3Kである。加えて、AR経路は、非常に少ないHER2症例において活性として現われた。
正常様乳癌は、PAM50分類による正常な乳房組織での遺伝子発現に似ていたので、特別なサブタイプとして分類されてきた。しかし、経路解析では、正常様乳癌試料が、正常な乳房組織とは明確に区別することができ、高い頻度のER活性を示したのに対し(図28I参照)、正常な乳房組織試料ではER経路が活性として検出されなかった。さらに、HH経路が活性であることが多いことにより、この腫瘍サブタイプは、正常な乳房組織及び管腔・サブタイプとは明確に区別される。
コックス回帰解析がMPSについて行われ、各サブタイプ内で基準化された。MPS検査により、管腔癌の中で良好な予後の症例と不良な予後の症例を区別できるだけでなく(HRscaled=4.11、p=2.1×10-7)、管腔A及びB群内でMPSにより、患者を有意に層別化することもできる(HRscaled=5.15及び2.43、p=4.7×10-5及び1.3×10-2、それぞれ図28B及び図28D参照)。さらに、MPSにより、予後が非常に不良なHER2症例(HRscaled=4.81、p=3.2×10-5、図28F参照)をHER2豊富な患者の総群の中で特定した。最高MPS三分位値のHER2患者の35%だけが、無再発生存期間が5年であった。しかし、これらの患者はHER2標的薬を全く与えられなかったことに留意されたい。通常は予後が他のサブタイプと比べて非常に不良な基礎母集団内で、MPSにより、予後がかなり良いサブグループ(HRscaled=3.40、p=3.7×10-3、図28H参照)が特定される。最低MPS三分位値に入る基礎癌がある患者の5年生存は、最高MPS三分位値の62%と比べて、82%であった。正常様型乳癌の中で、MPSスコアは最小予後であった(HRscaled=3.53、p=0.05、図28J参照)。
MPS及び21遺伝子RSによる多変量解析(図29参照)は、これら2つが1005個の検査試料に対して互いに補完することを示す(それぞれ、HRscaled=3.32及び1.92、p=1.5×10-7及び7.2×10-5)。21遺伝子RSが臨床的に示されるERに対しIHC染色が陽性である、試験コホートの452人の患者のサブセットについて実施した場合、MPS及び21遺伝子再発スコアは両方とも、依然として無再発生存期間の有意の独立した予知因子であり(それぞれ、多変量HRscaled=2.25及び2.75、p=0.025及び4.5×10-5)、したがって、これら2つはまた、ER陽性試料においても相補的である。
21遺伝子再発スコアは、以前にPaik及び協力者によって示された方法論に従う研究実施態様を用いて計算された(S.Paikらの「A multi-gene assay to predict recurrence of Tamoxifen-treated, node-negative breast cancer」、The New England Journal of Medicine,Vol.351,No.27,2004、2817~2826頁と、C.Fanらの「Concordance among gene-expression-based predictors for breast cancer」、The New England Journal of Medicine,Vol.355,No.6,2006、560~569頁とを参照)。21遺伝子と関連付けられたプローブセットのfRNA正規化発現が、21遺伝子再発スコアのこの研究実施態様の入力として用いられた。平均発現レベルが、遺伝子が複数のプローブセットによって測定された場合に使用された。対象の16遺伝子の発現レベルが、5つの参照遺伝子の平均に対して正規化され、Fanらによって示されたように基準化された。次に、未基準化再発スコア(RSu)が試料ごとに式を用いて計算され、その後、Paikらによって以前に示されたように0から100の間で基準化された。続いて、各患者が、低、中間又は高リスク群に、公開された18及び31のカットオフ・ポイントを用いて割り当てられた。
21遺伝子再発スコアの別々のリスク群中の全1005検査症例に対するMPSの一変量コックス解析により(図29参照)、MPSが各リスク群で予後を有意に改善できることが実証されたのに対し(MPSにHRscaled=3.03、7.91及び3.24、p=0.045、0.044及び9.5×10-7をそれぞれ与える低、中間及び高リスク21遺伝子RS)、実際の21遺伝子再発スコアは、その低リスク群内でのみ有意であった(HRscaled=2.54、p=5.1×10-3)。真の低リスク及び高リスクの患者を特定することである、両予後特性の最良のものは、基準化MPSと21遺伝子RSを足し合わせることによって得られた(HRscaled=5.17、p=7.9×10-16、図29参照)。21遺伝子RSは、疾患再発率グラフ及びROC曲線で分かるように(それぞれ図29A、図29B、図29E、及び図29F参照)、低リスク患者を検出するのにより強力であり、それに対して高リスク患者は、MPSによってより効果的に特定される。結合されたMPSと21遺伝子RSは、低リスク患者及び高リスク患者を特定する機能を2つのスコアの結合後にも保持し、全体として最良の能力を示す。
一緒にされると、このデータは、個々の乳癌患者の予後を、癌組織試料中の5つの主要な発癌性シグナル伝達経路の機能活性を検出することに基づいて評価できることを実証する。結合複数経路スコア(MPS)は、良好な予後の症例と不良な予後の症例を明確に、各乳癌サブタイプの中でも区別し、この区別は、原因となる癌生物学に及ぼす個別のシグナル伝達経路の影響に基づいている。したがって、特定されたシグナル伝達経路活性により、乳癌の病態生理学への洞察が得られ、また臨床的に重要な、標的治療選択を容易にする情報が得られる。MPSは、ER陽性患者の21遺伝子再発スコアに匹敵する予後結果を、他のすべての乳癌サブタイプにおいて、特にHER2及び基礎サブタイプにおいてより良い結果を得ながら実現した。さらに、MPSは、21遺伝子再発スコアのすべての規定リスク群内のリスクに応じて層別化をすること、特に21遺伝子再発スコアの決定的でない中間リスク群における層別化ができ、また、結合MPS-21遺伝子再発スコア検査として用いて、この特別な検査症例に対し最適能力を実現することができる。
実施例5 本発明を説明するためのさらなる情報
(1)遺伝子発現のレベルの測定
本発明に記載の標的遺伝子の固有の組から導出されたデータが、本明細書に記載の方法を用いて細胞シグナル伝達経路の活性を推測するために、さらに利用される。
取り出された試料における遺伝子発現レベルを解析する方法は、広く知られている。たとえば、ノーザン・ブロット法、PCRの使用、ネステッドPCR、定量的リアル・タイムPCR(qPCR)、RNA-seq、又はマイクロアレイなどの方法はすべて、遺伝子発現レベル・データを導出するのに使用することができる。当技術分野で知られている、標的遺伝子の遺伝子発現を解析するためのすべての方法が本明細書では企図されている。
遺伝子の発現産物をPCRベースの方法を用いて決定する方法が特に使用され得る。遺伝子発現のレベルをPCRの使用により定量化するために、対象の各PCR産物の量が通常は、従来の定量的リアルタイムPCR(qPCR)を使用して推定されて、PCR産物の蓄積が、増幅の各サイクル後にリアルタイムで測定される。これには通常、挿入色素、副溝結合色素、又は蛍光発生プローブなどの検出可能レポーターを利用し、それによって、光を当てるとレポーターが励起されて蛍光を発生させ、発生させた蛍光が通常は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第6,713,297号に開示されているものなどの、CCDカメラ又は光増倍管検出システムを使用して検出される。
いくつかの実施形態では、定量的リアルタイムPCR(qPCR)アッセイにおいてPCR産物の検出に使用されるプローブは、蛍光マーカーを含み得る。多数の蛍光マーカーが市販されている。たとえば、Molecular Probes,Inc.(Eugene,Oreg.)は、多種多様な蛍光色素を販売している。非限定的な例には、Cy5、Cy3、TAMRA、R6G、R110、ROX、JOE、FAM、Texas Red(商標)、及びOregon Green(商標)が含まれる。付加的な蛍光マーカーには、IDT ZEN Double-Quenched Probeが、qPCRアッセイにおける従来の5’加水分解プローブと共に含まれ得る。これらのプローブは、たとえば、5’FAM色素を3’TAMRA Quencher、3’Black Hole Quencher(BHQ,Biosearch Technologies)、又は内部ZEN Quencher及び3’Iowa Black Fluorescent Quencher(IBFQ)と共に含有し得る。
本発明によると有用な蛍光色素は、当技術分野でよく知られている方法を用いて、オリゴヌクレオチド・プライマーに付着させることができる。たとえば、蛍光標識をオリゴヌクレオチドに付加するための1つの一般的な方法は、色素のN-ヒドロキシスクシンイミドエステル(NHS)エステルを標的上の反応性アミノ基と反応させるものである。ヌクレオチドは、たとえば核酸塩基上にアリルアミン基を含むことによって、反応性アミノ基を保有するように修飾することができる。アリルアミンによる標識は、たとえば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,476,928号及び第5,958,691号に記載されている。蛍光でヌクレオチド、オリゴヌクレオチド及びポリヌクレオチドを標識する他の手段は、当業者によく知られている。
他の蛍光発生の手法には、SYBR-green色素などの遺伝子検出系の使用が含まれ、これは、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,436,134号及び第5,658,751号に開示されているように、任意の遺伝子発現産物からの増幅DNAとインターカレートされると蛍光を発生させる。
標的遺伝子発現レベルを決定するための別の有効な方法には、異なる生理学的条件間の遺伝子発現レベル差、又は発生中若しくは疾患進行の間に起こる変化を含めてトランスクリプトーム解析に使用される強力な解析ツールである、RNA-seqが含まれる。
遺伝子発現レベルを決定するための別の手法には、マイクロアレイ、たとえばRNA及びDNAマイクロアレイを使用することが含まれ、これは当技術分野でよく知られている。マイクロアレイは、多数の遺伝子の発現を同時に定量化するのに使用することができる。
(2)PI3K、Wnt、ER、及びHH細胞シグナル伝達の活性を決定するための一般化されたワークフロー
本発明は、特定の臨床事象を経験する対象のリスク・スコアを計算するためにTGF-β、PI3K、Wnt、ER、及びHHの経路の機能状態又は活性を評価する、本明細書に開示された新規で改善された方法及び装置を提供する。
TGF-β細胞シグナル伝達及び他の細胞シグナル伝達の活性を対象から取り出された試料により決定するプロセスを例示的に図示する流れ図が、図20に示されている。第一に、試料からmRNAが分離される(11)。第二に、本明細書に記載のように、少なくとも3つ以上のTGF-β標的遺伝子からなる固有の組のmRNA発現レベルが、当技術分野で知られている遺伝子発現を測定する方法を使用して測定される(12)。次に、TGF-β転写因子(TF)要素の活性レベルが、3つ以上の標的遺伝子の発現レベルをTGF-β TF要素の活性レベルに関係付ける較正済み数学経路モデル(14)を使用して決定される(13)。次に、対象におけるTGF-β経路の活性が、対象の試料におけるTGF-β TF要素の決定された活性レベルに基づいて推測される(15)。
図20の右側に示されるように、TGF-β TF要素の活性レベルを決定した後に、少なくとも1つの追加細胞シグナル伝達経路(すなわち、PI3K、Wnt、ER、及びHHのうちの1つ以上)のTF要素の活性レベルが決定される。一例として、本明細書に記載のように、追加細胞シグナル伝達経路からの3つ以上の標的遺伝子からなる固有の組のmRNA発現レベルが、当技術分野で知られている遺伝子発現を測定する方法を使用して測定される(16)。次に、TF要素の活性レベルが、追加細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の発現レベルをTF要素の活性レベルに関係付ける較正済み数学経路モデル(14)を使用して決定される(17)。次に、対象における追加細胞シグナル伝達経路の活性が、対象の試料におけるTF要素の決定された活性レベルに基づいて推測される(18)。次に、TGF-β及び追加細胞シグナル伝達経路の活性が複数経路スコア(MPS)に変換され(19)、これは、疾患と関連する臨床事象を対象が規定期間内に経験するリスクを示す。MPSとしてリスク・スコアを決定することは、較正済み複数経路スコア(MPS)モデルを評価することとして理解することができ、モデルのパラメータは、たとえば、本明細書に記載のように、重み付け係数(たとえば、w、w、w、w、及びw)を含む。最後に、試料には、計算されたMPSに基づいた臨床事象を経験するリスク・スコアが割り当てられる(20)。
(3)複数経路スコア(MPS)モデルの較正及び複数経路スコア(MPS)の決定
本明細書で企図されているように、臨床事象が起こるリスクに対応するリスク・スコアは、以下でさらに説明するように、臨床事象と関連する細胞シグナル伝達経路の活性を含む較正済み複数経路スコア(MPS)モデルを使用して決定することができる。
本発明で使用される較正済み複数経路スコア(MPS)モデルは、対象の臨床事象及び推測経路活性についての容易に得られる臨床データを用いて較正することができる。MPSモデルを生存データで較正するためのプロセスを例示的に示す流れ図が、図21に示されている。最初のステップとして、較正済み数学経路モデルを使用して推測された関連経路活性が、経路活性データベース(201)から検索される。経路活性データベースは、TGF-β経路活性(206)及び少なくとも1つの追加経路の経路活性を含む。たとえば、経路活性データベースは、ER経路活性(202)、Wnt経路活性(203)、HH経路活性(204)、PI3K経路活性(205)、及びTGF-β経路活性(206)を含む。試料の特定の訓練セットのID(218)が次に使用されて、関連経路活性(219)と、たとえば、生存データ・データベース(221)から受け取られる生存データ(220)(生存が、解析される臨床事象である場合)とを受け取る。経路活性が次に、ER経路活性、Wnt経路活性、HH経路活性、PI3K経路活性、及びTGF-β経路活性の場合に、P、P、P、P、及びPの出力を用いて選択される(222)。生存データは、MPSが使用される所与の期間内の生存時間及び検閲データを反映する変数Surv及びcens(223)に変換される。経路活性及び生存データは次に、コックスの比例ハザード・モデル(224)に適合され、これにより、適合されたコックスの比例ハザード・モデル(225)が得られる。コックスの比例ハザード・モデルからコックスの係数が集められ(226)、次に、出力w、w、w、w、及びwの重みに割り当てられる(227)。MPS構造(228)と重みが一緒に取得されてMPSモデルを較正し(229)、較正済みMPSモデル(210)が出力される。
較正済みMPSモデルからリスク・スコアを決定するためのプロセスを例示的に示す流れ図が、図22に示されている。最初のステップとして、較正済み経路モデルを使用して推測された関連経路活性が、経路活性データベース(201)から検索される。経路活性データベースは、PI3K経路活性(205)及び少なくとも1つの追加経路の経路活性を含む。たとえば、経路活性データベースは、ER経路活性(202)、Wnt経路活性(203)、HH経路活性(204)、PI3K経路活性(205)、及びTGF-β経路活性(206)を含む。患者試料は次に識別され(207)、初期経路活性が試料及びデータベースから、転写因子の測定値又は遺伝子発現レベルとして、関連経路について集められる(208)。関連経路それぞれの総合活性が次に、P、P、P、P、及びPの出力を用いて推測される(208)。これらの活性は次に、較正済みMPSモデル(211)を使用して、リスク・スコア(210)に変換される。この初期リスク・スコアはさらに、他の関連データを用いて、患者の最終リスク・スコア(212)を生成するようにさらに調整することができる。この最終スコアを使用して次に、表示(213)、割り当て(214)、又は治療についての決定(215)を行い、それによって、それぞれ表示リスク・スコア(216)、割り当てリスク・スコア(217)、又は決定治療(218)の結果が生成される。
対象における細胞シグナル伝達経路の活性を推測することは、たとえば、特に(i)対象の試料において測定された、細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の発現レベルを含む入力の組に対する細胞シグナル伝達経路を表す較正済み確率的経路モデル、好ましくはベイジアン・ネットワーク、の一部分を評価することによって、また(ii)対象における転写因子(TF)要素の活性レベルを推定することによって行うことができ、このTF要素は、細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の転写を制御し、推定することは、TF要素の活性レベルと、対象の試料において測定された細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の発現レベルとに関連する条件付き確率とに基づいており、また(iii)細胞シグナル伝達経路の活性を対象の試料におけるTF要素の推定活性レベルに基づいて推測することによって行うことができる。これについては、公開されている国際特許出願WO2013/011479A2(「Assessment of cellular signaling pathway activity using probabilistic modeling of target gene expression」)に詳細に記載されており、同出願の内容はその全体が本明細書に組み込まれる。
例示的な一代替形態では、対象における細胞シグナル伝達経路の活性を推測することは、たとえば、特に(i)対象の試料における転写因子(TF)要素の活性レベルを決定することによって行うことができ、このTF要素は、細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の転写を制御し、決定することは、細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の発現レベルをTF要素の活性レベルに関係付ける較正済み数学経路モデルを評価することに基づいており、数学経路モデルは、3つ以上の標的遺伝子の発現レベルの1つ以上の一次結合に基づいており、また(ii)対象における細胞シグナル伝達経路の活性を対象の試料におけるTF要素の決定された活性レベルに基づいて推定することによって行うことができる。これについては、公開されている国際特許出願WO2014/102668A2(「Assessment of cellular signaling pathway activity using linear combination(s) of target gene expressions」)に詳細に記載されている。
一実施形態では、細胞シグナル伝達経路がPI3K経路及び/又はWnt経路及び/又はER経路及び/又はHH経路を含み、リスク・スコアが、示されたリスクがPI3K経路の推測活性の増加及び/又はWnt経路の推測活性の増加及び/又はHH経路の推測活性の増加と共に単調増加するように、かつ/又はER経路の推測活性の減少と共に単調減少するように規定される方法を提供する。
一実施形態では、リスク・スコアが、示されたリスクがTGF-β経路の推測活性の増加と共に単調増加するように規定される方法が提供される。
一実施形態では、推測活性を組み合わせたものは、項w・Pと、項w・P、w・P、w・Pe、及びw・Pのうちの1つ以上とを含む合計を含み、ここで、P、P、P、P、及びPはそれぞれ、TGF-β経路、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路の推測活性を表し、w、w、w、及びwは正の一定重み付け係数であり、wは負の一定重み付け係数であり、対象が臨床事象を特定の期間内に経験する示されたリスクは、合計値の増加と共に単調増加する。
いくつかの実施形態では、一定重み付け係数w、w、w、w、及びwは、それぞれの細胞シグナル伝達経路のコックス比例ハザード・モデルを臨床データに適合させることにより得られるコックスの係数の値に基づいて、それぞれ決定されるか、又は決定されている。たとえば、係数推定値の符号は、経路活性が、負係数の場合に臨床事象に対して防御的であるかどうかを示し、又は正係数の場合に良くない、若しくは悪い予後を予測する。係数の絶対値は、予後に関するリスク・スコアの強さを示す。
一実施形態では、臨床事象は癌転移であり、w、w、w、及びwは非負の一定重み付け係数であり、wは非正の一定重み付け係数である。これらの係数と共にMPSは、対象が臨床事象を特定の期間内に経験する示されたリスクが、合計値の増加と共に単調に増加することを示す。
(4)標的遺伝子発現レベル決定手順
対象から取り出された試料から標的遺伝子発現レベルを導出するためのプロセスを例示的に示す流れ図が、図23に示されている。例示的な実施形態では、試料は検査所で受け取られ登録される。試料は、たとえば、ホルマリン固定パラフィン包埋(FFPE)試料(181)又は新鮮凍結(FF)試料(180)を含み得る。FF試料は、すぐ溶解することができる(183)。FFPE試料では、パラフィンは、プロテイナーゼKを追加するときに加熱インキュベーション・ステップによって除去することができる(182)。次に細胞を溶解し(183)、それにより細胞及び核膜を破壊し、それにより、さらなる処理に利用可能な核酸(NA)が得られるようになる。核酸は、たとえばビーズ又はフィルタであり得る固相に結合される(184)。核酸は次に、洗浄バッファで洗浄されて、溶解後に存在する細胞デブリがすべて除去される(185)。清浄な核酸が次に固相から、溶出バッファを用いて引き離される(186)。DNAがDNAse処理によって取り除かれて、RNAだけが試料中に存在することが確実になる(187)。核酸試料は次に、RT-qPCR試料混合物中ですぐに使用することができる(188)。RT-qPCR試料混合物は、RNA試料、cDNAをRNA試料から調製するためのRT酵素、及びcDNAを増幅するためのPCR酵素、酵素の機能を確保するための緩衝液を含有し、また場合により、固定量の濃度を設定するために分子グレード水を含有し得る。試料混合物は次に、乾燥RT-qPCRアッセイを含むマルチウェル・プレート(すなわち、96ウェル又は384ウェル・プレート)に加えることができる(189)。RT-qPCRを次に、PCR機内で指定プロトコルに従って実行することができる(190)。例示的なPCRプロトコルは、i)50℃で30分、ii)95℃で5分、iii)95℃で15秒、iv)60℃で45秒、v)ステップiii及びivの50サイクル繰り返し、を含む。Cq値が次に、生データによって、第2の誘導法を用いて決定される(191)。Cq値が解析のためにエクスポートされる(192)。
(5)疾患、障害、及び治療方法
本明細書で企図されているように、本発明の方法及び装置は、対象、たとえば疾患若しくは障害があることが疑われる対象、又は疾患若しくは障害がある対象において、TGF-β、PI3K、Wnt、ER、及び/又はHH細胞シグナル伝達経路活性を評価するために利用することができ、シグナル伝達経路のうちの1つの状態は、疾患の存在又は進行の、全体的又は部分的な証拠となるものである。一実施形態では、対象を治療する方法が本明細書で提供され、この方法は、対象から本明細書に記載の方法を用いて分離された試料から導出されたTGF-β、PI3K、Wnt、ER、及び/又はHH細胞シグナル伝達経路の活性状態に関する情報を受け取ること、並びに、細胞シグナル伝達経路の活性に関する情報が、活性のTGF-β、PI3K、Wnt、ER、及び/又はHHシグナル伝達経路を示す場合に、対象にTGF-β、PI3K、Wnt、ER、及び/又はHHの阻害剤を投与することを含む。
本発明において使用され得るTGF-β阻害剤はよく知られている。TGF-β阻害剤の例には、それだけには限らないが、テラメプロコル、フレソリムマブ、ソタテルセプト、ガルニセルチブ、SB431542、LY2109761、LDN-193189、SB525334、SB505124、GW788388、LY364947、RepSox、LDN-193189HCl、K02288、LDN-214117、SD-208、EW-7197、ML347、LDN-212854、DMH1、ピルフェニドン、ヘスペレチン、トラベデルセン、レルデリムマブ、メテリムマブ、trx-SARA、ID11、Ki26894、又はSB-431542が含まれる。
PI3K阻害剤はよく知られており、それだけには限らないが、ワートマニン、デメトキシビリジン、ペリフォシン、イデラシブ、ピクチリシブ、パロミド529、ZSTK474、PWT33597、CUDC-907、及びAEZS-136、デュベリシブ、GS-9820、BKM120、GDC-0032(Taselisib)(2-[4-[2-(2-イソプロピル-5-メチル-1,2,4-トリアゾール-3-イル)-5,6-ジヒドロイミダゾ[1,2-d][1,4]ベンゾオキサゼピン-9-イル]ピラゾール-1-イル]-2-メチルプロパンアミド)、MLN-1117((2R)-l-フェノキシ-2ブタニルヒドロゲン(S)-メチルホスホネート;オルメチル(オキソ){[(2R)-l-フェノキシ-2-ブタニル]オキシ}ホスホニウム))、BYL-719((2S)-N1-[4-メチル-5-[2-(2,2,2-トリフルオロ-1、1-ジメチルエチル)-4-ピリジニル]-2-チアゾリル]-1,2-ピロリジンジカルボキサミド)、GSK2126458(2,4-ジフルオロ-N-{2-(メチルオキシ)-5-[4-(4-ピリダジニル)-6-キノリニル]-3-ピリジニル}ベンゼンスルホンアミド)(オミパリシブ)、TGX-221((±)-7-メチル-2-(モルホリン-4-イル)-9-(l-フェニルアミノエチル)-ピリド[l,2-a]-ピリミジン-4-オン)、GSK2636771(2-メチル-1-(2-メチル-3-(トリフルオロメチル)ベンジル)-6-モルホリノ-lH-ベンゾ[d]イミダゾール-4-カルボン酸ジヒドロクロリド)、KIN-193((R)-2-((l-(7-メチル-2-モルホリノ-4-オキソ-4H-ピリド[1,2-a]ピリミジン-9-イル)エチル)アミノ)安息香酸)、TGR-1202/RP5264、GS-9820((S)-l-(4-((2-(2-アミノピリミジン-5-イル)-7-メチル-4-モヒドロキシプロパン-1-オン)、GS-1101(5-フルオロ-3-フェニル-2-([S)]-l-[9H-プリン-6-イルアミノ]-プロピル)-3H-キナゾリン-4-オン)、AMG-319、GSK-2269557、SAR245409(N-(4-(N-(3-((3,5-ジメトキシフェニル)アミノ)キノキザリン-2-イル)スルファモイル)フェニル)-3-メトキシ-4メチルベンズアミド)、BAY80-6946(2-アミノ-N-(7-メトキシ-8-(3-モルホリノプロポキシ)-2,3-ジヒドロイミダゾ[l,2-c]キナズ)、AS252424(5-[l-[5-(4-フルオロ-2-ヒドロキシ-フェニル)-フラン-2-イル]-メタ-(Z)-イリデン]-チアゾリジン-2,4-ジオン)、CZ24832(5-(2-アミノ-8-フルオロ-[l,2,4]トリアゾロ[1,5-a]ピリジン-6-イル)-N-tert-ブチルピリジン-3-スルホンアミド)、Buparlisib(5-[2,6-ジ(4-モルホリニル)-4-ピリミジニル]-4-(トリフルオロメチル)-2-ピリジンアミン)、GDC-0941(2-(lH-インダゾール-4-イル)-6-[[4-(メチルスルホニル)-l-ピペラジニル]メチル]-4-(4-モルホリニル)チエノ[3,2-d]ピリミジン)、GDC-0980((S)-l-(4-((2-(2-アミノピリミジン-5-イル)-7-メチル-4-モルホリノチエノ[3,2-d]ピリミジン-6イル)メチル)ピペラジン-l-イル)-2-ヒドロキシプロパン-l-オン(RG7422としても知られている))、SF1126((8S,14S,17S)-14-(カルボキシメチル)-8-(3-グアニジノプロピル)-17-(ヒドロキシメチル)-3,6,9,12,15-ペンタオキソ-1-(4-(4-オキソ-8-フェニル-4H-クロメン-2-イル)モルホリノ-4-イウム)-2-オキサ-7,10,13,16-テトラアザオクタデカン-18-カルボン酸メチルエステル)、PF-05212384(N-[4-[[4-(ジメチルアミノ)-l-ピペリジニル]カルボニル]フェニル-N’-[4-(4,6-ジ-4-モルホリニル-l,3,5-トリアジン-2-イル)フェニル]尿素)(ゲダトリシブ)、LY3023414、BEZ235(2-メチル-2-{4-[3-メチル-2-オキソ-8-(キノリン-3-イル)-2,3-ジヒドロ-lH-イミダゾ[4,5-c]キノリン-l-イル]フェニル}プロパンニトリル)(ダクトリシブ)、XL-765(N-(3-(N-(3-(3,5-ジメトキシフェニルアミノ)キノキサリン-2-イル)スルファモイル)フェニル)-3-メトキシ-4-メチルベンズアミド)、及びGSK1059615(5-[[4-(4-ピリジニル)-6-キノリニル]メチレン]-2,4-チアゾリデンジオン)、PX886([(3aR,6E,9S,9aR,10R,llaS)-6-[[ビス(プロプ-2-エニル)アミノ]メチリデン]-5-ヒドロキシ-9-(メトキシメチル)-9a,11a-ジメチル-1,4,7-トリオキソ-2,3,3a,9,10,11-ヘキサヒドロインデノ[4,5h]イソクロメン-10-イル]アセテート(ソノリシブとしても知られている))、LY294002、AZD8186、PF-4989216、pilaralisib、GNE-317、PI-3065、PI-103、NU7441(KU-57788)、HS173、VS-5584(SB2343)、CZC24832、TG100-115、A66、YM201636、CAY10505、PIK-75、PIK-93、AS-605240、BGT226(NVP-BGT226)、AZD6482、voxtalisib、アルペリシブ、IC-87114、TGI100713、CH5132799、PKI-402、コパンリシブ(BAY80-6946)、XL 147、PIK-90、PIK-293、PIK-294、3-MA(3-メチルアデニン)、AS-252424、AS-604850、アピトリシブ(GDC-0980、RG7422)、並びにWO2014/071109に記載されている構造を含む。或いは、PI3Kの下流のmTOR複合体の阻害剤は、異常なPI3K活性の有用な阻害剤である。或いは、PI3Kの上流のHER2複合体の阻害剤は、異常なPI3K活性の有用な阻害剤である。HER2阻害剤の例には、それだけには限らないが、トラスツズマブ、ラパチニブ、ペルツズマブが含まれる。
内分泌療法をエストロゲン受容体陽性である乳癌に施すことができる。本発明において用いられ得る内分泌療法治療はよく知られている。内分泌療法は、i)通常にはゴナドトロピン放出ホルモン・アゴニスト(GnRHa)を使用して得られる、卵巣機能を抑制するもの、ii)選択的なエストロゲン受容体修飾因子若しくは下方制御因子(SERM又はSARD)、又はiii)アロマターゼ阻害剤(AI)、或いはこれらが組み合わされたものを投与することから成る。卵巣機能を抑制するものには、たとえば、ゴナドトロピン放出ホルモン・アゴニスト(GnRHa)が含まれる。ゴナドトロピン放出ホルモン・アゴニスト(GnRHa)の例には、ブセレリン、デスロレリン、ゴナドレリン、ゴセレリン、ヒストレリン、リュープロレリン、ナファレリン、及びトリプトレリンが含まれ得る。選択的なエストロゲン受容体修飾因子(SERM)には、たとえば、タモキシフェン、トレミフェン、ラロキシフェン、ラソフォキシフェン、バゼドキシフェン、クロミフェン、オルメロキシフェン、オスペミフェン、アフィモキシフェン、及びアルゾキシフェンが含まれる。選択的なエストロゲン受容体下方制御因子(SEDRD)には、たとえば、フルベストラント、SR16234、及びZK191703が含まれる。アロマターゼ阻害剤には、たとえば、アナストロゾール、レトロゾール、ボロゾール、エキセメスタン、アミノグルテチミド、テストラクトン、フォルメスタン、ファドロゾール、アンドロステンジオン、4-ヒドロキシアンドロステンジオン,1,4,6-アンドロスタトリエン-3,17-ジオン、又は4-アンドロステン-3,6,17-トリオンが含まれる。一実施形態では、アロマターゼ阻害剤は、非ステロイド性アロマターゼ阻害剤である。
Wnt阻害剤はよく知られており、それだけには限らないが、ピルビニウム、IWR-l-endo、IWP-2、FH535、WIKI4、IWP-L6、KY02111、LGK-974、Wnt-C59、XAV929、3289-8625、FJ9、NSC 668036、PFK115-584、CGP049090、iCRT3、iCRT5、iCRT14、ICG-001、デメトキシ・クルクミン、CCT036477、KY02111、PNU-74654、又はPRI-724が含まれる。
HH阻害剤はよく知られており、それだけには限らないが、シクロピアミン、SANT1-SANT4、CUR-61414、HhAntag-691、GDC-0449、MK4101、IPI-926、BMS-833923、ロボトニキニン、イトラコナゾール、エリベッジ、オドムゾ、カルシトリオール、コレカルシフェロール、IPI-906、RU-SKI39、又はKAAD-シクロパミン、NVP-LDE225、TAK-441、XL-139、LY2940680、NVP-LEQ506、イトラコナゾール、MRT-10、MRT83、PF-04449913、GANT-61、GANT-58、HPI-1、HPI-3、又はHPI-4が含まれる。
一実施形態では、疾患又は障害は、自己免疫性又は他の免疫性障害、癌、気管支喘息、心臓疾患、糖尿病、遺伝性出血性末梢血管拡張症、マルファン症候群、脈管エーラス・ダンロス症候群、ロイス・ディーツ症候群、パーキンソン病、慢性腎疾患、多発性硬化症、肝線維症、肺線維症又は腎線維症などの線維性疾患、デュピュイトラン病、又はアルツハイマー病のうちの1つである。
特定の実施形態では、対象は癌に罹患している、又はその疑いがあり、その癌は、たとえば、それだけには限らないが、原発性腫瘍又は転位腫瘍、固形腫瘍、たとえば、メラノーマ、肺癌(肺腺癌、基底細胞癌、扁平上皮癌、大細胞癌、細気管支肺胞癌、気管支原性肺癌、非小細胞癌、小細胞癌、中脾腫を含む)と、乳癌(腺管癌、小葉癌、炎症性乳癌、明細胞癌、粘液性癌、漿膜腔乳癌を含む)と、結腸直腸癌(結腸癌、直腸癌、結腸直腸腺癌)と、肛門癌と、膵臓癌(膵臓腺癌、膵島腺癌、神経内分泌腫瘍を含む)と、前立腺癌、前立腺腺癌と、卵巣癌(漿液性腫瘍を含む卵巣上皮癌又は表面上皮間質性腫瘍、子宮内膜性腫瘍及び粘液性嚢胞腺癌、性索間質性腫瘍)と、肝臓及び胆管癌(肝細胞癌、胆管細胞癌、血管腫を含む)と、食道癌(食道腺癌及び扁平上皮癌を含む)と、口腔及び中喉頭扁平上皮癌と、唾液腺嚢胞癌と、膀胱癌と、膀胱癌と、子宮の癌(子宮内膜腺癌、眼性、子宮乳頭漿液性癌、子宮明細胞癌、子宮肉腫及び平滑筋肉腫、混合ミュラー管腫瘍を含む)と、神経膠腫、神経膠芽腫、髄芽腫、及び脳の他の腫瘍と、腎臓癌(腎細胞癌、明細胞癌、ウィルムス腫瘍を含む)と、頭及び首の癌(扁平上皮癌を含む)と、胃の癌(胃癌、胃腺癌、消化管間質性腫瘍)と、精巣癌と、胚細胞性腫瘍と、神経内分泌腫瘍と、子宮頸癌と、消化管、乳房、及び他の器官のカルチノイドと、印環細胞癌と、肉腫を含む間葉腫、線維肉腫、血管腫、血管腫症、血管周皮細胞腫、偽血管腫間質性過形成、筋組織新生物、線維種症、炎症性筋線維芽細胞腫瘍、脂肪腫、血管脂肪腫、顆粒細胞腫、神経線維種、シュワン腫、血管肉腫、脂肪肉腫、横紋筋肉腫、骨肉腫、平滑筋腫、平滑筋肉腫、皮膚、メラノーマを含む、頸部、網膜芽細胞腫、頭頸部癌、膵臓、脳、甲状腺、精巣、腎臓、膀胱、軟組織、副腎、尿道、陰茎癌、粘液肉腫、軟骨肉腫、骨肉腫、脊索腫、悪性線維性組織球腫、琳派肉腫、中皮腫、扁平上皮癌と、類表皮癌、悪性皮膚付属器腫瘍、腺癌、環細胞腫、環細胞癌、腎細胞癌、副腎腫、胆管細胞癌、移行上皮癌、絨毛癌、精上皮癌、胚的細胞癌、未分化神経膠腫と、多形神経膠芽腫、神経芽細胞腫、髄芽腫、悪性髄膜腫、悪性シュワン腫、神経線維肉腫、副甲状腺癌、甲状腺の髄様癌、気管支カルチノイド、褐色細胞腫、膵島細胞癌、悪性カルチノイド、悪性傍神経節腫、メラノーマ、メルケル細胞新生物、葉状腫瘍、唾液腺癌、胸腺癌と、とりわけ膣癌である。
一実施形態では、本明細書に記載の方法は、リンパ腫又はリンパ球若しくは骨髄球増殖の障害又は異常に罹患している宿主を治療するのに有効である。たとえば、非ホジキンリンパ腫のホジキンリンパ腫に罹患している対象。たとえば、対象は非ホジキンリンパ腫に罹患している場合があり、これには、それだけには限らないが、AIDS関連リンパ腫、未分化大細胞型リンパ腫、血管免疫芽細胞性リンパ腫、芽細胞性NK細胞リンパ腫、バーキットリンパ腫、バーキット様リンパ腫(小型非分割細胞リンパ腫)、慢性リンパ性白血病/小型リンパ球性リンパ腫、皮膚T細胞性リンパ腫、びまん性大細胞型B細胞リンパ腫、腸症型T細胞リンパ腫、濾胞性リンパ腫、肝脾ガンマ・デルタT細胞リンパ腫、リンパ芽球性リンパ腫、マントル細胞リンパ腫、辺縁帯リンパ腫、鼻T細胞リンパ腫、小児リンパ腫、末梢T細胞リンパ腫、中枢神経系リンパ腫、T細胞白血病、形質転換リンパ腫、治療関連T細胞リンパ腫、又はワルデンシュトレーム・マクログロブリン血症などがある。
或いは、対象はホジキンリンパ腫に罹患していることがあり、これには、それだけには限らないが、結節硬化型古典的ホジキンリンパ腫(CHL)、混合細胞型CHL、リンパ球枯渇型CHL、リンパ球豊富型CHL、リンパ球優位型ホジキンリンパ腫、又は結節性リンパ球優位型HLがある。
一実施形態では、対象は、特異的T細胞、B細胞、又はNK細胞によるリンパ腫、増殖性障害、又は異常に罹患していることがある。たとえば、対象は特異的T細胞又はNK細胞リンパ腫に罹患している場合があり、これには、たとえば、それだけには限らないが、末梢T細胞リンパ腫、たとえば、末梢T細胞リンパ腫、及び特にことわらなければ末梢T細胞リンパ腫(PTCL-NOS)、又は未分化大細胞型リンパ腫、たとえば未分化リンパ腫キナーゼ(ALK)陽性、ALK陰性未分化大細胞型リンパ腫、又は原発性皮膚未分化大細胞型リンパ腫、又は自己免疫芽細胞性リンパ腫、又は皮膚T細胞リンパ腫、たとえば菌状息肉症、セザリー症候群、原発性皮膚未分化大細胞型リンパ腫、原発性皮膚CD30+T細胞リンパ増殖性障害、又は原発性皮膚侵襲性表皮向性CD8+細胞障害性T細胞リンパ腫、又は原発性皮膚ガンマ・デルタT細胞リンパ腫、又は原発性皮膚小/中CD4+T細胞リンパ腫、及びリンパ腫様丘疹症、又は成人T細胞白血病/リンパ腫(ATLL)、又は芽細胞性NK細胞リンパ腫、又は腸症型T細胞リンパ腫、又は肝脾ガンマ・デルタT細胞リンパ腫、又はリンパ芽球性リンパ腫、又は鼻NK/T細胞リンパ腫、又は治療関連T細胞リンパ腫、又はたとえば、実質臓器又は骨髄移植の後に現われるリンパ腫、又はT細胞前リンパ球性白血病、又はT細胞大顆粒リンパ球性白血病、又はNK細胞の慢性リンパ増殖性障害、又は侵襲性NK細胞白血病、又は子供の全身性EBV+T細胞リンパ球増殖性疾患(慢性活動性EBV感染を伴う)、又は種痘様水泡症様リンパ腫、又は成人T細胞白血病/リンパ腫、又は腸症関連T細胞リンパ腫、又は肝脾T細胞リンパ腫、又は皮下脂肪組織炎様T細胞リンパ腫などがある。
或いは、対象は特異的B細胞リンパ腫又は細胞増殖性障害に罹患していることがあり、これには、それだけには限らないが、多発性骨髄腫、又はびまん性大細胞型B細胞リンパ腫、又は濾胞性リンパ腫、又は粘膜関連リンパ組織リンパ腫(MALT)、又は小細胞型リンパ球性リンパ腫、又はマントル細胞リンパ腫(MCL)、又はバーキットリンパ腫、又は縦隔大細胞型B細胞リンパ腫、又はワルデンシュトレーム・マクログロブリン血症、又は結節辺縁帯B細胞リンパ腫(NMZL)、又は脾臓辺縁帯リンパ腫(SMZL)、又は血管内大細胞型B細胞リンパ腫、又は原発性滲出リンパ腫若しくはリンパ腫様肉芽腫症、又は慢性リンパ性白血病/小リンパ球性リンパ腫、又はB細胞前リンパ球性白血病、又はヘアリー細胞白血病、又は脾リンパ腫/白血病、分類不能、又は脾びまん性赤髄小細胞型B細胞リンパ腫、又はヘアリー細胞白血病変種、又はリンパ形質細胞性リンパ腫、又は重鎖疾患、たとえば、α重鎖疾患、γ重鎖疾患、μ重鎖疾患、又は形質細胞性骨髄腫、又は骨の孤立性形質細胞腫、又は骨外性形質細胞腫、又は原発性皮膚濾胞中心リンパ腫、又はT細胞/組織球豊富大細胞型B細胞リンパ腫、又は慢性炎症関連DLBCL、又は高齢者のエプスタイン・バー・ウイルス(EBV)+DLBCL、又は原発性縦隔(胸腺)大細胞型B細胞リンパ腫、又は原発性皮膚DLBCL、脚型、又はALK+大細胞型B細胞リンパ腫、又は形質芽球性リンパ腫、又はHHV8関連多中心性に生じる大細胞型B細胞リンパ腫、又はキャッスルマン病、又はびまん性大細胞型B細胞リンパ腫とバーキットリンパ腫の中間の特徴を持つ、分類不可能なB細胞リンパ腫、又はびまん性大細胞型B細胞リンパ腫と古典的ホジキンリンパ腫の中間の特徴を持つ、分類不可能なB細胞リンパ腫、又は結節硬化型古典的ホジキンリンパ腫、又はリンパ球豊富古典的ホジキンリンパ腫、又は混合細胞性古典的ホジキンリンパ腫、又はリンパ球枯渇古典的ホジキンリンパ腫などがある。
一実施形態では、対象は白血病に罹患している。たとえば、対象は、リンパ球性又は骨髄性起源の急性又は慢性白血病に罹患していることがあり、これには、それだけには限らないが、急性リンパ性白血病(ALL)、又は急性骨髄性白血病(AML)、又は慢性リンパ性白血病(CLL)、又は慢性骨髄性白血病(CML)、又は若年性骨髄単球性白血病(JMML)、又はヘアリー細胞白血病(HCL)、又は急性前骨髄球性白血病(AMLのサブタイプ)、又はT細胞前リンパ性白血病(TPLL)、又は大顆粒リンパ球性白血病、或いは成人T細胞慢性白血病、又は大顆粒リンパ球性白血病(LGL)などがある。一実施形態では、対象は急性骨髄性白血病に罹患しており、これには、たとえば未分化型AML(M0)、又は骨髄芽球白血病(M1、又は最小限細胞成熟あり/なし)、又は骨髄芽球白血病(M2、又は細胞成熟あり)、又は前骨髄球性白血病(M3若しくはM3変種[M3V])、又は骨髄球性白血病(好酸球増加症を伴うM4若しくはM4変種[M4E])、又は単球性白血病(M5)、又は赤白血病(M6)、又は巨核芽球白血病(M7)がある。
特定の実施形態では、対象は、乳癌、肺癌、結腸癌、膵臓癌、又は脳癌に罹患しているか、又は罹患している疑いがある。特定の実施形態では、対象は乳癌に罹患しているか、又は罹患して疑いがある。
癌の特定の実施形態では、臨床事象を経験するリスクが高い患者は、化学療法又は標的治療を、それだけには限らないが、手術、放射線療法、(標的)薬物療法などの標準の治療様式に加えて受けることができる。或いは、臨床事象を経験するリスクが低い患者は、それだけには限らないが、手術、放射線療法、化学療法などの標準の治療様式を控えることができる。
一実施形態では、治療薬を投与するか、それとも治療薬を投与することを控えるかの決定は、閾値MPSスコア、たとえば患者を低リスク群に割り当てるために確立された閾値、又は患者を高リスク群に割り当てるために確立された閾値に基づくことができる。たとえば、一実施形態で、患者を低リスク群に割り当てるための閾値は、5、6、7、8、9、10年又はそれ以上で5%、10%、15%、20%以下の臨床事象のリスクに基づくことができるのに対し、患者を高リスク群に割り当てるための閾値は、5、6、7、8、9、10年又はそれ以上で20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%又はそれ以上と等しいか、又はそれを超える臨床事象のリスクに基づくことができる。たとえば、上記の例証を用いると、MPStpwehの特定の場合では、これにより、低リスク患者群に対する閾値が-0.5、-0.4、-0.3、-0.2、-0.1、0になり、高リスク患者群に対する閾値が0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2になる。
本発明の一態様では、対象を低リスク群又は高リスク群に割り当て得ることに関する臨床事象には、癌再発、進行、転位、癌による死亡、又は本明細書の別のところに記載の臨床事象が含まれ得る。
特定の実施形態では、高リスク又は低リスクの割り当ては、乳癌がある対象に対してであり、ER+若しくはHR+腫瘍又は管腔A若しくは管腔Bサブタイプ(すなわち、ER又はホルモン受容体(HR)に対し陽性に染色された腫瘍試料)があって臨床事象を経験するリスクが高い患者は、(術前)補助化学療法を、それだけには限らないが、タモキシフェン又はアロマターゼ阻害剤などのホルモン治療に加えて受けることができる。ER+腫瘍又は管腔A若しくは管腔Bサブタイプがあって臨床事象を経験するリスクが低い患者は、(術前)補助ホルモン治療を受ける(かつ化学療法を控える)ことができる。HER2+/HR-腫瘍又はHER2豊富サブタイプがあって臨床事象を経験するリスクが高い患者は、(術前)補助化学療法を、それだけには限らないが、トラスツズマブなどの抗HER2治療に加えて受けることができるのに対し、HER2+/HR-腫瘍又はHER2豊富サブタイプがあって臨床事象を経験するリスクが低い患者は、(術前)補助抗HER2治療を受ける(かつ化学療法を控える)ことができる。HER2+/HR+腫瘍があって臨床事象を経験するリスクが高い患者は、抗HER2治療と共に(術前)補助化学療法を、それだけには限らないが、タモキシフェン又はアロマターゼ阻害剤などのホルモン治療に加えて受けることができるのに対し、HER2+/HR+腫瘍があって臨床事象を経験するリスクが低い患者は、(術前)補助ホルモン治療を受ける(かつ化学療法及び/又は抗HER2治療を控える)ことができる。三重陰性(HER2-/ER-/PR-又はHER2-/HR-)腫瘍又は基底サブタイプがあって臨床事象を経験するリスクが高い患者は、(術前)補助化学療法を、それだけには限らないが本明細書に記載されているものなどの標的治療に加えて、受けることができるのに対し、三重陰性腫瘍又は基底サブタイプがあって臨床事象を経験するリスクが低い患者は、(術前)補助標的治療を受ける(かつ化学療法を控える)ことができる。
実施例6 リスク・スコアを決定するためのキット及び解析ツール
それぞれの細胞シグナル伝達経路の活性を最善に示すことが、たとえば、ベイジアン・モデル又は(擬似)線形モデルを使用するマイクロアレイ/RNA配列決定ベースの調査に基づいて分かっている標的遺伝子の組は、たとえば、対象の試料に対して実施されるべき定量的多重PCRアッセイ又は専用マイクロアレイ・バイオ・チップに翻訳することができる。本明細書に記載の遺伝子配列から選択されたものを使用して、たとえばRT-PCRのためのプライマー・プローブ・セット、又はマイクロアレイ開発のためのオリゴヌクレオチドを選択することができる。経路活性及びリスク・スコア決定のためのこのようなFDA承認検査を開発するには、標準化検査キットの開発が必要とされ、このキットは、規制上の承認を得るために臨床試験で臨床的に検証される必要がある。
本出願では、いくつかの好ましい実施形態を記載している。変更及び変形は、これまでの詳細な記述を読み理解することにより他の人にも想起されよう。本出願は、このような変更及び変形を、それが添付の特許請求の範囲、又はその等価物の範囲に入る限りにおいて含むと解釈されるものである。
開示された実施形態に対する他の変形形態は、特許請求された本発明を実践するにおいて、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲を検討することにより、当業者によって理解され、もたらされ得る。
特許請求の範囲で、「備える」という語は他の要素又はステップを除外せず、また不定冠詞「a」又は「an」は複数を除外しない。
単一のユニット又はデバイスは、特許請求の範囲に列挙されたいくつかの物品の機能を実現することができる。いくつかの方策が互いに異なる独立請求項に列挙されているにすぎないことは、これらの方策の組合せを有利に使用できないことを示すものではない。
1つ又はいくつかのユニット又はデバイスによって実行されるリスク・スコアの決定のような計算は、他の任意の数のユニット又はデバイスによって実行することができる。
コンピュータ・プログラムは、光記憶媒体、又は他のハードウェアと一緒に、若しくはその一部として供給される固体媒体などの、適切な非一時的媒体に記憶/配布することができるが、インターネット、又は他の有線若しくは無線通信システムなどを介する他の形で配布することもできる。
特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、その範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
実施例7 適用に使用される配列リスト
配列リスト
Seq. No. Gene:

Seq. 1 ADRA2C
Seq. 2 AGRP
Seq. 3 ANGPTL4
Seq. 4 AP1B1
Seq. 5 ASCL2
Seq. 6 ATG14
Seq. 7 ATP5J
Seq. 8 ATP8A1
Seq. 9 AXIN2
Seq. 10 BCL2
Seq. 11 BCL2L11
Seq. 12 BCL6
Seq. 13 BIRC5
Seq. 14 BMP7
Seq. 15 BNIP3
Seq. 16 BTG1
Seq. 17 C10orf10
Seq. 18 CA12
Seq. 19 CAT
Seq. 20 CAV1
Seq. 21 CBLB
Seq. 22 CCND1
Seq. 23 CCND2
Seq. 24 CCNG2
Seq. 25 CD44
Seq. 26 CDC42EP3
Seq. 27 CDH26
Seq. 28 CDKN1A
Seq. 29 CDKN1B
Seq. 30 CDKN2B
Seq. 31 CELSR2
Seq. 32 CFLAR
Seq. 33 COL18A1
Seq. 34 COX7A2L
Seq. 35 CTGF
Seq. 36 CTSD
Seq. 37 CTSL
Seq. 38 DDB1
Seq. 39 DEFA6
Seq. 40 DKK1
Seq. 41 DSCAM
Seq. 42 DYRK2
Seq. 43 EBAG9
Seq. 44 EPHB2
Seq. 45 EPHB3
Seq. 46 ERBB2
Seq. 47 ERBB3
Seq. 48 EREG
Seq. 49 ESR1
Seq. 50 EXT1
Seq. 51 FASLG
Seq. 52 FAT1
Seq. 53 FBXO32
Seq. 54 FGFR2
Seq. 55 FOXA2
Seq. 56 FOXF1
Seq. 57 FOXL1
Seq. 58 FOXM1
Seq. 59 FST
Seq. 60 FYN
Seq. 61 FZD7
Seq. 62 GADD45A
Seq. 63 GADD45B
Seq. 64 GLI1
Seq. 65 GLI3
Seq. 66 GLUL
Seq. 67 GREB1
Seq. 68 H19
Seq. 69 HHIP
Seq. 70 HMGA2
Seq. 71 HNF1A
Seq. 72 HSPB1
Seq. 73 ID1
Seq. 74 IGF1R
Seq. 75 IGFBP1
Seq. 76 IGFBP3
Seq. 77 IGFBP4
Seq. 78 IGFBP6
Seq. 79 IL11
Seq. 80 IL1R2
Seq. 81 CXCL8(previously known as IL8)
Seq. 82 INPP5D
Seq. 83 INSR
Seq. 84 JAG2
Seq. 85 JUNB
Seq. 86 JUP
Seq. 87 CEMIP(previously known as KIAA1199)
Seq. 88 KLF2
Seq. 89 KLF4
Seq. 90 KLF6
Seq. 91 KRT19
Seq. 92 LECT2
Seq. 93 LEF1
Seq. 94 LGMN
Seq. 95 LGR5
Seq. 96 MIF
Seq. 97 MMP2
Seq. 98 MMP9
Seq. 99 MXI1
Seq. 100 MYC
Seq. 101 MYCN
Seq. 102 MYLK
Seq. 103 MYOD1
Seq. 104 NDUFV3
Seq. 105 NKD1
Seq. 106 NKX2-2
Seq. 107 NKX2-5
Seq. 108 NKX2-8
Seq. 109 NOS3
Seq. 110 NRIP1
Seq. 111 OAT
Seq. 112 OVOL1
Seq. 113 PCK1
Seq. 114 PDGFB
Seq. 115 PDK4
Seq. 116 PGR
Seq. 117 PISD
Seq. 118 PITRM1
Seq. 119 POMC
Seq. 120 PPARG
Seq. 121 PPARGC1A
Seq. 122 PPM1D
Seq. 123 PRDM15
Seq. 124 PRDX3
Seq. 125 PTCH1
Seq. 126 PTCH2
Seq. 127 PTHLH
Seq. 128 PTMA
Seq. 129 RAB34
Seq. 130 RAG1
Seq. 131 RAG2
Seq. 132 RARA
Seq. 133 RBL2
Seq. 134 REG1B
Seq. 135 RNF43
Seq. 136 S100A7
Seq. 137 S100A9
Seq. 138 SEMA3C
Seq. 139 SEPP1
Seq. 140 SESN1
Seq. 141 SGK1
Seq. 142 SGK3
Seq. 143 SIRT1
Seq. 144 SKIL
Seq. 145 SLC1A2
Seq. 146 SLC5A3
Seq. 147 SMAD4
Seq. 148 SMAD5
Seq. 149 SMAD6
Seq. 150 SMAD7
Seq. 151 SNAI1
Seq. 152 SNAI2
Seq. 153 SOD1
Seq. 154 SOD2
Seq. 155 SOX9
Seq. 156 SP5
Seq. 157 SPP1
Seq. 158 STK11
Seq. 159 TBX3
Seq. 160 TCEA2
Seq. 161 TCF7L2
Seq. 162 TDGF1
Seq. 163 TFF1
Seq. 164 TIMP1
Seq. 165 TLE4
Seq. 166 TNFSF10
Seq. 167 TOM1
Seq. 168 TRIM25
Seq. 169 TSC22D1
Seq. 170 TXNIP
Seq. 171 VEGFA
Seq. 172 WISP2
Seq. 173 XBP1
Seq. 174 ZNRF3
Seq. 175 SERPINE1
Seq. 176 PDZK1
Figure 0007065610000031
Figure 0007065610000032
Figure 0007065610000033
Figure 0007065610000034
Figure 0007065610000035
Figure 0007065610000036

Claims (14)

  1. 対象が疾患に関連した臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するための、デジタル処理デバイスによって実行される方法であって、
    前記デジタル処理デバイスが、前記対象における2つ以上の細胞シグナル伝達経路のそれぞれの活性を、前記対象の試料において測定されたそれぞれの前記細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の発現レベルを、前記対象の試料における前記それぞれの細胞シグナル伝達経路のそれぞれの転写因子(TF)要素の活性レベルに関係付ける較正済み数学経路モデルを評価することに基づいて推測するステップであり、前記TF要素は、前記それぞれの細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子の転写を制御する、ステップと、
    前記デジタル処理デバイスが、前記リスク・スコアを、推測された前記活性を組み合わせたものに基づいて決定するステップと、
    を含み、
    前記臨床事象は、疾患再発、疾患進行、及び疾患が原因の死亡のうちの1つであり、前記疾患は乳癌であり、
    前記細胞シグナル伝達経路がTGF-β経路と、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路のうちの1つ以上の経路とを含
    前記TGF-β経路、前記PI3K経路、前記Wnt経路、前記ER経路、及び前記HH経路は、前記それぞれのTF要素の転写活性に最終的につながる細胞シグナル伝達経路として定義され、
    TGF-β TF要素は少なくともTGF-βメンバーの二量体又は三量体を含み、PI3K TF要素はFOXOファミリーメンバーを含み、Wnt経路はβカテニン/TCF4を含み、ER TF要素はERα二量体を含み、HH TF要素はGLIファミリーメンバーを含む、方法。
  2. 前記細胞シグナル伝達経路が、前記Wnt経路及び/又は前記PI3K経路及び/又は前記ER経路及び/又は前記HH経路を含み、前記リスク・スコアが、示された前記リスクが前記PI3K経路の推測された活性の増加、及び/又は前記Wnt経路の推測された活性の増加、及び/又は前記HH経路の推測された活性の増加と共に単調増加し、かつ/又は前記ER経路の推測された活性の増加と共に単調減少するように規定される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記リスク・スコアが、示された前記リスクが前記TGF-β経路の推測された活性の増加と共に単調増加するように規定される、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記リスク・スコアが、項w・Pと、項w・P、w・P、w・Pe、及びw・Pのうちの1つ以上とを含む合計から成る複数経路スコア(MPS)に基づき、ここで、P、P、P、P、及びPが、それぞれ前記TGF-β経路、前記PI3K経路、前記Wnt経路、前記ER経路、及び前記HH経路の前記推測された活性を表し、w、w、w、w、及びwが、前記対象が前記臨床事象を前記規定期間内に経験する前記リスクと、前記TGF-β経路、前記PI3K経路、前記Wnt経路、前記ER経路、及び前記HH経路それぞれの前記活性との間の相関関係を表す一定重み付け係数である、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記一定重み付け係数w、w、w、w、及びwが、前記それぞれの細胞シグナル伝達経路のコックス比例ハザード・モデルを臨床データに適合させることにより得られるコックスの係数の値に基づいてそれぞれ決定されるか、又は決定されている、請求項4に記載の方法。
  6. 前記3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45A、GADD45B、HMGA2、ID1、IL11、JUNB、PDGFB、PTHLH、SERPINE1、SGK1、SKIL、SMAD4、SMAD5、SMAD6、SMAD7、SNAI2、VEGFAから成る群から選択されるか、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45B、ID1、IL11、JUNB、SERPINE1、PDGFB、SKIL、SMAD7、SNAI2、及びVEGFAから成る群から選択されるか、又は、ANGPTL4、CDC42EP3、ID1、IL11、JUNB、SERPINE1、SKIL、及びSMAD7から成る群から選択され、
    かつ/又は
    前記3つ以上のPI3K標的遺伝子が、AGRP、BCL2L11、BCL6、BNIP3、BTG1、CAT、CAV1、CCND1、CCND2、CCNG2、CDKN1A、CDKN1B、ESR1、FASLG、FBXO32、GADD45A、INSR、MXI1、NOS3、PCK1、POMC、PPARGC1A、PRDX3、RBL2、SOD2、TNFSF10から成る群から選択されるか、又は、FBXO32、BCL2L11、SOD2、TNFSF10、BCL6、BTG1、CCNG2、CDKN1B、BNIP3、GADD45A、INSR、及びMXI1から成る群から選択され、
    かつ/又は
    前記3つ以上のWnt標的遺伝子が、CEMIP、AXIN2、CD44、RNF43、MYC、TBX3、TDGF1、SOX9、ASCL2、CXCL8、SP5、ZNRF3、EPHB2、LGR5、EPHB3、KLF6、CCND1、DEFA6、及びFZD7から成る群から選択されるか、又は、AXIN2、CD44、LGR5、CEMIP、MYC、CXCL8、SOX9、EPHB3、RNF43、TDGF1、ZNRF3、及びDEFA6から成る群から選択され、
    かつ/又は
    前記3つ以上のER標的遺伝子が、CDH26、SGK3、PGR、GREB1、CA12、XBP1、CELSR2、WISP2、DSCAM、ERBB2、CTSD、TFF1、PDZK1、IGFBP4、ESR1、SOD1、AP1B1、及びNRIP1から成る群から選択されるか、又は、TFF1、GREB1、PGR、SGK3、PDZK1、IGFBP4、NRIP1、CA12、XBP1、ERBB2、ESR1、及びCELSR2から成る群から選択され、
    かつ/又は
    前記3つ以上のHH標的遺伝子が、GLI1、PTCH1、PTCH2、IGFBP6、SPP1、CCND2、FST、FOXL1、CFLAR、TSC22D1、RAB34、S100A9、S100A7、MYCN、FOXM1、GLI3、TCEA2、FYN、及びCTSL1から成る群から選択されるか、又は、GLI1、PTCH1、PTCH2、CCND2、IGFBP6、MYCN、FST、RAB34、GLI3、CFLAR、S100A7、及びS100A9から成る群から選択される、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記3つ以上のTGF-β標的遺伝子が、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45A、GADD45B、HMGA2、ID1、JUNB、PDGFB、PTHLH、SERPINE1、SGK1、SKIL、SMAD4、SMAD5、SMAD6、SMAD7、SNAI2、VEGFAから成る群から選択されるか、ANGPTL4、CDC42EP3、CDKN1A、CTGF、GADD45B、ID1、JUNB、SERPINE1、SKIL、SMAD7、SNAI2、及びVEGFAから成る群から選択されるか、又は、ANGPTL4、CDC42EP3、ID1、JUNB、SERPINE1、SKIL、及びSMAD7から成る群から選択される、請求項6に記載の方法。
  8. 前記デジタル処理デバイスが、前記対象を、前記対象が臨床事象を規定期間内に経験することの別々に示されたリスクと関連付けられた複数のリスク群のうちの少なくとも1つに割り当てるステップ、
    及び/又は
    前記デジタル処理デバイスが、前記対象に推奨される治療を、前記対象が臨床事象を規定期間内に経験することの前記示されたリスクに基づいて決定するステップ、
    をさらに含む、請求項1からのいずれか一項に記載の方法。
  9. 対象が乳癌と関連する臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するための装置であって、請求項1からのいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されたデジタル・プロセッサを備える装置。
  10. 対象が乳癌と関連する臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するための非一時的記憶媒体であって、請求項1からのいずれか一項に記載の方法を実施するデジタル処理デバイスによって実行可能である命令を記憶する非一時的記憶媒体。
  11. 対象が乳癌と関連する臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するためのコンピュータ・プログラムであって、当該コンピュータ・プログラムがデジタル処理デバイス上で実行されたとき、前記デジタル処理デバイスに請求項1からのいずれか一項に記載の方法を実施させるプログラム・コード手段を含む、コンピュータ・プログラム。
  12. 対象の試料における2つ以上の細胞シグナル伝達経路それぞれの、3つ以上の標的遺伝子の発現レベルを測定するためのキットであって、
    それぞれの前記細胞シグナル伝達経路の前記3つ以上の標的遺伝子を対象とするポリメラーゼ連鎖反応プライマーと、
    前記それぞれの細胞シグナル伝達経路の3つ以上の標的遺伝子を対象とするプローブと
    求項に記載の装置、請求項10に記載の非一時的記憶媒体、又は、請求項11に記載のコンピュータ・プログラムと、
    を含み、
    前記細胞シグナル伝達経路がTGF-β経路と、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路のうちの1つ以上の経路とを含む、キット。
  13. 対象の試料において2つ以上の細胞シグナル伝達経路それぞれの、3つ以上の標的遺伝子の発現レベルを測定するための、及び、対象が乳癌と関連する臨床事象を規定期間内に経験するリスクを示すリスク・スコアを決定するためのキットであって、
    前記対象の試料において2つ以上の細胞シグナル伝達経路それぞれの、3つ以上の標的遺伝子の発現レベルを決定するための1つ又は複数の構成要素を含み、
    前記1つ又は複数の構成要素が、マイクロアレイ・チップ、抗体、複数のプローブ、たとえば標識されたプローブ、RNA逆転写酵素を用いた配列決定に使用される構成要素の組、及び/又は、RNA又はcDNAを含むDNAの増幅プライマーから成る群から選択され、
    前記細胞シグナル伝達経路がTGF-β経路と、PI3K経路、Wnt経路、ER経路、及びHH経路のうちの1つ以上の経路とを含み、また
    求項に記載の装置、請求項10に記載の非一時的記憶媒体、又は請求項11に記載のコンピュータ・プログラムを含むキット。
  14. 請求項1からのいずれか一項に記載の方法を実施する際の、請求項12又は13に記載のキットの使用。
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