JP7182317B2 - 婦人科新生物の診断方法 - Google Patents

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Description

本開示はがん診断に関する。より詳細には、本開示発明は選択されたマーカーのメチル化状態に基づきがんを診断する方法に関する。
婦人科がんは、女性生殖器に生じる異常細胞の制御されない増殖である。婦人科がんの主な種類には子宮頸がん、卵巣がん、子宮内膜/子宮がん(以下、子宮内膜がん)、膣がん及び外陰がんが挙げられ、いくつかの珍しい婦人科がんとしては妊娠性絨毛性疾患(GTD)及び原発性腹膜がんが挙げられる。
子宮内膜がん(EC)は米国における婦人科がんの主な原因であり、世界で6番目に多く診断された女性のがんである。世界保健機関のGLOBOCANプロジェクトによれば、2012年のEC発生及び死亡数はそれぞれ約310,000人及び76,000人であり、2020年には380,000超の新症例及び93,000人のECによる死亡が予想されると推定されている。
多くの子宮内膜がんは更年期である、又は更年期を経験したことがある女性に見出される。しかしながら、何かしらの兆候又は症状を有さない者にとっては、子宮がんを検査する容易で信頼できる方法は無い。症状を示しているか、又は子宮内膜がんのリスクがより高い患者には、子宮がんを診断又は除外するため、子宮内膜生検又は経膣超音波が実施されることがある。
病理組織学的評価により、ECを大きく2つの種類に分類することができる。I型ECは高~中分化型(グレード1~2)類内膜線がんを含む。II型ECは漿液型、明細胞、及び低分化型(グレード3)類内膜型形態を含む。多くのI型ECは初期段階(ステージI又はII)で診断され、良好な転帰を有するが、II型ECは通常進行期に診断され、比較的予後不良である。類内膜型ECの患者の多くは初期段階に診断されるが、後期類内膜EC患者の15%は5年生存率が低く、50%未満である(ステージIIIで40~50%、ステージIVで15~20%)。早期発見は依然として転帰を改善する最も良い方法である。しかしながら、現在ECをスクリーニングする満足できる方法はない。
異常子宮出血はECの最も良く見られる症状であるが、多くの他の疾患でも同じ症状が起こる。出血が閉経後の女性に起こる場合でさえ、ECによるものは10%の症例のみである。理想的な検出手段の選択は、感度、特異度、精度の確率、及び価格次第である。経膣超音波(TVU)はECを除外するのに用いられる。しかしながら、血中女性ステロイドホルモンの影響下で子宮内膜厚が変化するため、症状のある閉経前女性及びホルモン置換療法を行っている女性におけるTVUのカットオフ値はより低い。外来診療において、吸引掻把術により得られた子宮内膜サンプルはTVUに比べて感度及び特異度が高い場合がある。しかし、この侵襲的手段の失敗率は54%までになる場合がある。子宮内膜サンプル採取が診断に不適当であるか又は含まれるのであれば、臨床ガイドラインは麻酔下でのわずかな子宮内容除去術(D&C)を推奨している。従って、患者の多くは不便で、ストレスが多く、高価な子宮内膜サンプル採取又はD&Cにより、繰り返し侵襲的評価を受けている。
一方、子宮鏡検査の診断精度は、閉経前及び閉経後両方の女性で、総合感度86.4%及び特異度99.2%を達することができる。それにも関わらず、子宮内膜サンプル採取又は子宮鏡検査に値するTVUにより診断される子宮内膜厚の最良のカットオフ値に関する議論がある。ECの有無を検出する非侵襲的方法は、血清及び子宮頸膣のがん抗原125(CA-125)濃度の測定である。指標としてCA-125を用いる精度は、子宮腺筋症又は子宮筋腫及び子宮内膜症などの良性状態と容易に混同される。子宮頸部擦過物からの細胞診断もECを検出するのに用いられているが、異常結果率はI型ECで32.3から86.0%、II型ECで57.1から100%に及ぶ。
上記を考慮し、婦人科腫瘍、特に子宮内膜がんの診断に使用する方法を提供する関連技術の必要性がある。
読み手に基本的な知識を提供するため、以下に本開示の簡単な概要を示す。この概要は本開示の広範囲にわたる要約ではなく、本発明の重要/重大な要素を特定せず、又は本発明の範囲を詳述しない。その唯一の目的は、下記のより詳細な説明の前置きとして、簡略化された形態で本明細書に開示されたいくつかの概念を示すことである。
一態様において、本発明は被験者が子宮内膜がん(EC)を有するかどうかを判定する方法を対象とする。
本開示の一実施形態によれば、本方法は以下の、
(a)被験者からサンプルを得る工程と;
(b)サンプルにおける少なくとも1つの標的遺伝子のメチル化状態を測定する工程であって、少なくとも1つの標的遺伝子がBHLHE22(配列番号1)もしくはTHY1(配列番号2)又はその両方である工程と;
(c)少なくとも1つの標的遺伝子が高メチル化されているかどうかを測定する工程と;
(d)被験者がECを有しているかどうかを工程(c)の結果に基づき判定する工程であって、少なくとも1つの標的遺伝子の高メチル化が被験者がECを有していることを示す工程と、を含む。
本開示の様々な実施形態によれば、サンプルは被験者、好ましくはヒトである被験者から得られたサンプル、又は被験者、好ましくはヒトである被験者内に存在するサンプルである。例えば、サンプルは被験者の子宮内膜組織又は細胞サンプル(例えば、子宮頸部擦過細胞)から得られる。
本開示のいくつかの実施形態によれば、少なくとも1つの標的遺伝子はさらに下記追加の遺伝子:ADARB2(配列番号3)、CDO1(配列番号4)、CELF4(配列番号5)、CLVS2(配列番号6)、GATA4(配列番号7)、HOXA9(配列番号8)、MTMR7(配列番号9)、NTM(配列番号10)、PRKCDBP(配列番号11)、TBX5(配列番号12)及びZNF662(配列番号13)の少なくとも1つを含む。これらの実施形態において、BHLHE22及び/又はTHY1のメチル化状態、並びに追加の遺伝子の少なくとも1つのメチル化状態が測定され、工程(d)において、該選択された遺伝子の高メチル化状態に基づき判定が行われる。
他の実施形態によれば、少なくとも1つの標的遺伝子はBHLHE22、CDO1、THY1、CELF4、CLVS2、GATA4、NTM、PRKCDBP及びTBX5を含む。
ある実施形態によれば、少なくとも1つの標的遺伝子はBHLHE22及びCDO1を含む。他の例においては、少なくとも1つの標的遺伝子はBHLHE22及びCELF4を含む。あるいは、少なくとも1つの遺伝子はBHLHE22、CDO1及びCELFを含む。これらの例においては、工程(b)で、BHLHE22並びにCDO1及びCELF4の1つ又はその両方のメチル化状態が測定され、工程(d)で、BHLHE22並びにCDO1及びCELF4の1つ又はその両方の高メチル化状態に基づき判定が行われる。本開示の任意の実施形態において、サンプルは被験者の子宮頸部擦過細胞から得られる。
本開示の様々な実施形態によれば、子宮内膜がんはI型子宮内膜がんであるが、他の実施形態においては、子宮内膜がんはII型子宮内膜がんである。
任意に、本開示の上記実施形態に記載されたように、遺伝子のメチル化状態を測定する工程は、メチル化特異的ポリメラーゼ連鎖反応(MSP)、定量的メチル化特異的ポリメラーゼ連鎖反応(qMSP)、バイサルファイトシークエンス(BS)、バイサルファイトパイロシークエンス、マイクロアレイ、質量分析、変性高速液体クロマトグラフィ(DHPLC)、パイロシークエンス、定量的ポリメラーゼ連鎖反応一体型メチル化DNA免疫沈降(MeDIP又はmDIP)、メチル化DNA免疫沈降シークエンス(MeDIP-seq)又はナノポアシークエンスを実施することにより行うことができる。
別の態様において、本発明は被験者が婦人科癌腫又は大腸癌腫を有するかどうかを判定する方法を対象とする。
本開示の一実施形態によれば、本方法は以下の、
(a)被験者からサンプルを得る工程と;
(b)サンプルにおける少なくとも1つの標的遺伝子のメチル化状態を測定する工程であって、少なくとも1つの標的遺伝子がADARB2(配列番号3)、CLVS2(配列番号6)、HOXA9(配列番号8)、MTMR7(配列番号9)及びNTM(配列番号10)からなる群から選択される工程と;
(c)少なくとも1つの標的遺伝子が高メチル化されているかどうかを測定する工程と;
(d)被験者が婦人科癌腫又は大腸癌腫を有しているかどうかを工程(c)の結果に基づき判定する工程であって、少なくとも1つの標的遺伝子の高メチル化が被験者が婦人科癌腫又は大腸癌腫を有することを示す工程と、を含む。
本開示の様々な実施形態によれば、サンプルは被験者、好ましくはヒトである被験者から得られたサンプル、又は被験者、好ましくはヒトである被験者内に存在するサンプルである。例えば、サンプルは被験者の子宮内膜組織又は細胞サンプル(例えば、子宮頸部擦過細胞)から得られる。
本開示のいくつかの実施形態において、婦人科癌腫はI型子宮内膜癌腫、II型子宮内膜癌腫、卵巣癌腫、膣癌腫、外陰癌腫、妊娠性絨毛性疾患(GTD)及び原発性腹膜癌腫である。
任意に、本開示の上記実施形態に記載されたように、遺伝子のメチル化状態を測定する工程は、メチル化特異的ポリメラーゼ連鎖反応(MSP)、定量的メチル化特異的ポリメラーゼ連鎖反応(qMSP)、バイサルファイトシークエンス(BS)、バイサルファイトパイロシークエンス、マイクロアレイ、質量分析、変性高速液体クロマトグラフィ(DHPLC)、パイロシークエンス、定量的ポリメラーゼ連鎖反応一体型メチル化DNA免疫沈降(MeDIP又はmDIP)、メチル化DNA免疫沈降シークエンス(MeDIP-seq)又はナノポアシークエンスを実施することにより行うことができる。
さらに別の態様において、本開示は本開示により特定されるバイオマーカーの使用を対象とする。特に、バイオマーカーを、被験者が1つ又は複数のこれらのバイオマーカーに関連する癌腫を有するかどうかを判定する診断キットを調製するのに用いることができる。
理解できるように、該バイオマーカーのメチル化状態を測るのに適当な物質を含む診断キットも本開示の範囲に含まれる。
本開示の多くの付随する特徴及び長所は、添付図と合わせて検討される以下の詳細な説明を参照してより理解されるであろう。
本説明は添付図を検討して記載される以下の詳細な説明からより理解されるであろう。
本開示の一実施例によれば、図1のAは我々のMBDcap-Seqの公開データにおける、組織中の候補遺伝子のメチル化特徴を明らかにする相関行列(パネルA)を示し、図1のBはがんゲノムアトラス(TCGA)の公開データにおける、組織中の候補遺伝子のメチル化特徴を明らかにするヒートマップ(パネルB)を示す。 本開示の一実施例によれば、図2のAはBHLHE22、CDO1、CELF4及びZNF662(パネルA)のメチル化状態の分布を示すドットプロットを提供し、図2のBは該4遺伝子の性能(パネルB)を示す。 本開示の一実施例によれば、図3は子宮内膜がん検出のため、個々の子宮内膜組織を用いて15遺伝子のDNAメチル化レベルを要約する。 本開示の一実施例によれば、図4は子宮内膜がん検出のため、個々の子宮頸部擦過物を用いて1遺伝子のDNAメチル化レベルを要約する。 本開示の一実施例によれば、図5のAはトレーニングセット(パネルA)のサンプルを用いて候補遺伝子の性能を示すプロットを提供し、図5のBはテストセット(パネルB)のサンプルを用いて候補遺伝子の性能を示すプロットを提供する。 図6は本開示の一実施例によれば、他の大腸、子宮頸又は卵巣癌腫における6候補遺伝子の交差検証の結果を要約する。
添付図と合わせて以下に記載された詳細な説明は本実施例の説明として意図され、本実施例を構成し、又は利用することができる形態のみを表すことを意図しない。本説明は本実施例の機能、及び本実施例を構成及び操作する工程の順番を明記する。しかしながら、同じ又は同等の機能及び順番は異なる実施例により実現することができる。
便宜上、明細書、実施例及び添付のクレームで用いられる特定の用語をここでまとめる。他に定義されない限り、ここで用いられるすべての技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者により通常理解されるのと同じ意味を有する。
他に文脈から求められない限り、単数の用語は同じものの複数形を含み、複数の用語は単数形を含むことが理解される。具体的には、他に文脈から明らかに示されない限り、本書及びクレームで、単数形「a」及び「an」は複数の指示を含む。また、本書及びクレームで、「少なくとも1つ」及び「1つ又は複数」という用語は同じ意味を有し、1、2、3又はそれ以上を含む。さらに、本明細書及び添付のクレームを通して用いられる「A、B及びCの少なくとも1つ」「A、B又はCの少なくとも1つ」並びに「A、B及び/又はCの少なくとも1つ」という表現は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、A及びB共に、B及びC共に、A及びC共に、並びにA、B及びC共に対象とすることを意図する。
本発明の広い範囲を明記する数値範囲及びパラメータは概数であるにも関わらず、具体例に明記された数値は可能な限り正確に報告されている。しかしながら、いずれの数値も、それぞれの試験測定値から求められる標準偏差から必ず生じる誤差を本質的に含有する。また、ここで、一般的に「約」という用語は与えられた値又は範囲の10%、5%、1%又は0.5%内を意味する。あるいは、「約」という用語は、当業者により考慮される場合、平均の許容される標準誤差内を意味する。操作/実施例におけるもの以外、又は他に明確に断りがない限り、ここで開示される数値範囲、量、値及び割合のすべて、例えば物質量、持続時間、温度、操作条件、量比などは、「約」という用語によりすべての例において変更されるものとして理解されるべきである。従って、反対に指示されない限り、本開示及び添付のクレームに明記された数値パラメータは、所望の通りに変更することができる概数である。最低でも、各数値パラメータは、報告された有効桁数を考慮して、及び通常の四捨五入方法を適用することにより、少なくとも解釈されるべきである。範囲は1つの終点から別の終点まで、又は2つの終点間として、ここで表される場合がある。他に断りがない限り、ここで開示される範囲はすべて終点を含む。
ここで、「診断」という用語は子宮頸部、卵巣、子宮内膜/子宮、膣、外陰、子宮及び子宮を覆う腹膜を含む、様々な婦人科組織起源の新生物などの病理状態、疾患又は病状の特定を指す。いくつかの例において、診断という用語は、悪性及び良性新生物を区別することも指す。他のいくつかの例において、診断という用語は悪性新生物及び正常組織を区別することを指す。
本開示を通して、「新生物」という用語は、細胞の新規及び異常増殖、又は正常よりも速く再生する異常細胞の増殖を指す。新生物は構造化されていない塊(腫瘍)を生じ、良性又は悪性の場合がある。「良性」という用語は非がん性である新生物又は腫瘍を指し、例えばその細胞は周辺組織に浸潤しないか、又は遠位部位に転移しない。一方、「悪性」という用語は転移性であり、隣接組織に浸潤し、又は正常な細胞増殖制御下にない新生物又は腫瘍を指す。
ここで、「がん」という用語は、動物に見出されるすべての種類のがん、又は悪性新生物もしくは腫瘍を指す。本開示の様々な実施形態による方法は婦人科起源の1つ又は複数の癌腫の診断を対象とする。「癌腫」という用語は上皮細胞に由来する悪性腫瘍を指す。本開示の実施形態の例示的な婦人科癌腫としては、卵巣がん、子宮内膜がん、膣がん、外陰がん及び原発性腹膜がんが挙げられるが、これらに限定されない。
ここで、「メチル化」という用語は、遺伝子のコアプロモータ領域におけるCpGジヌクレオチド内シトシンのC5位にメチル基が共有結合することを指す。「メチル化状態」という用語は、関心のある遺伝子又は核酸配列内の1つ又は複数のCpGジヌクレオチドにおける5-メチルシトシン(5-mCyt)の有無を指す。ここで、「メチル化レベル」という用語は、関心のある遺伝子又は核酸配列の1つ又は複数のコピーにおけるメチル化の量を指す。メチル化レベルは、関心のある遺伝子又は核酸配列内におけるメチル化の絶対基準として計算することができる。また、「相対メチル化レベル」は、存在するDNA総数に対するメチル化DNAの量として、あるいは遺伝子又は核酸配列のコピーの総数に対する関心のある遺伝子又は核酸配列のメチル化されたコピー数として測定することができる。さらに、「メチル化レベル」は関心のあるDNA長におけるメチル化CpG部位の割合として測定することができる。
ここで、「メチル化プロファイル」という用語は、関心のあるサンプルにおける1つ又は複数の標的遺伝子のメチル化レベルを表すデータセットを指す。いくつかの実施形態において、メチル化プロファイルは公知の種類のサンプル由来である基準メチル化プロファイルと比較される(例えば、がん性又は非がん性サンプル、あるいは異なるステージのがん由来のサンプル)。
ここで、「示差的メチル化」という用語は、1サンプル又は群における1つ又は複数の標的遺伝子のメチル化レベルを、別のサンプル又は群における該1つ又は複数の標的遺伝子のメチル化レベルと比較した差異を指す。示差的メチル化は、増加したメチル化(「高メチル化」)又は減少したメチル化(「低メチル化」)に分類することができる。ここで、試験サンプルにおける標的遺伝子の「高メチル化」という用語は、基準サンプルにおける標的遺伝子の平均メチル化レベルに対して、少なくとも10%増加したメチル化レベルを指す。本開示の様々な実施形態によれば、増加したメチル化レベルは少なくとも15、20、25、30、35、40、45又は50%でよい。
理解できるように、ここで記載されるすべての遺伝子又はポリヌクレオチド配列は、それぞれ指定された遺伝子又はポリヌクレオチド配列と少なくとも75%のヌクレオチド配列同一性を有する変異体を含む。さらに、標的遺伝子配列は、そのバイサルファイト変換ヌクレオチド配列も包含する。従って、他に明確に断りがない限り、ここに記載したすべての遺伝子又はポリヌクレオチド配列は、「及びそのバイサルファイト変換ヌクレオチド配列、並びに該遺伝子又は該バイサルファイト変換ヌクレオチド配列と少なくとも75%のヌクレオチド配列同一性を有するポリヌクレオチド配列」という表現により、すべての例において変更されるものとして理解されるべきである。
ここで特定されたある遺伝子又はヌクレオチド配列に対する「ヌクレオチド配列同一性パーセント(%)」は、必要であれば最大配列同一性パーセントを実現するため、配列をアラインし、ギャップを導入した後、配列同一性の一部として任意の保存的置換を考慮せず、基準ポリヌクレオチド配列におけるヌクレオチド残基と同一である候補配列におけるヌクレオチド残基のパーセントとして定義される。配列同一性パーセントを測定する目的のアライメントを、例えばBLAST、BLAST-2、ALIGN又はMegalign(DNASTAR)ソフトウェアなどの公開されているコンピュータソフトウェアを用いて、当技術分野の技術の範囲内の様々な方法で実現することができる。当業者は、比較される配列の全長にわたる最大アライメントを実現するのに必要とされる任意のアルゴリズムを含めた、アライメントを測定する適当なパラメータを決定することができる。特定のポリヌクレオチド配列Aの基準ポリヌクレオチド配列Bに対するヌクレオチド配列同一性パーセント(あるいは基準ポリヌクレオチド配列Bに対して、ある一定のヌクレオチド配列同一性%を有する特定のポリヌクレオチド配列Aとして表すことができる)は以下の式により計算される:
Figure 0007182317000001
式中、Xは配列アライメントプログラムBLASTにより、A及びBのプログラムのアライメントにおいて、完全一致として記録されたヌクレオチド残基数であり、YはA又はBのどちらか短い方におけるヌクレオチド残基の総数である。
「被験者」及び「患者」という用語はここで同じ意味で用いられ、本発明の診断方法を受けることができるヒトを含む動物を意味する。従って、「被験者」又は「患者」という用語は本開示の方法から恩恵を受けることができる任意の哺乳動物を含む。「哺乳動物」という用語はヒト、霊長類、及びウサギ、ブタ、ヒツジ、ウシなどの家畜;並びに動物園で飼育されているか、スポーツ用であるか、ペット用の動物;マウス及びラットなどの齧歯動物を含む哺乳類のすべての動物を指す。「非ヒト哺乳動物」という用語はヒトを除く哺乳類のすべての動物を指す。1つの例示的な実施形態において、患者はヒトである。
ここで用いられる「サンプル」という用語は、患者から得られる任意のサンプルを含む。本開示の実施形態によれば、サンプルはDNA分子を含有し、そのメチル化レベルは測定されることができる。このような身体サンプルの例としては、血液、スミア、痰、尿、便、髄液、胆汁、消化管分泌物、リンパ液、骨肉腫、骨髄、臓器吸引物、及び器官又は組織生検材料が挙げられるが、これらに限定されない。当業者に公知の通常の手段により、これらの身体サンプルを患者から得ることができる。さらに、当業者はまた、例えばフェノール/クロロホルムを用いた抽出、又は市販のキットによる抽出など、サンプルからのDNA単離のための方法及び試薬をよく知っている。
本開示は少なくとも一つには、以下に特定されるような1つ又は複数の標的遺伝子の示差的メチル化(特に高メチル化)が、被験者における腫瘍の進行又は腫瘍が存在しないことに関係するという知見に基づいている。従って、単独又は組み合わせたこれらの標的遺伝子を、新生物を発症している被験者のリスク又は感受性の予測、新生物の悪性度を測定するためのバイオマーカーとして用いることができる。さらに、患者の関連遺伝子のメチル化プロファイルを好適な治療レジメンを個々に調整するためのガイドとして用いることができる。例えば、ここに列挙される1つ又は複数の高メチル化標的遺伝子を有する患者のため、脱メチル化剤又は他のエピジェネティック薬を新生物を治療するために患者に投与することができる。
上記を考慮して、本開示は以下に別々に述べる様々な診断方法を提供する。例えば、すべての方法は少なくとも1つの標的遺伝子のメチル化状態又はメチル化レベルの測定を含む。従って、すべてではないが、殆どの請求項に記載された方法に共通する工程をまず以下の段落で説明する。
本開示の様々な態様及び/又は実施形態によれば、本開示の方法に共通する工程は、少なくとも(a)サンプル回収工程、(b)少なくとも1つのメチル化状態測定工程;及び(c)少なくとも1つの高メチル化測定工程を含む。
サンプル回収工程において、生きている被験者に関係する方法については、少なくとも生体サンプルはその被験者から得られる。本開示の様々な実施形態によれば、サンプルは、組織、組織サンプル、又は細胞サンプル(例えば、吸引生検材料、ブラシ生検材料、表面生検材料、針生検材料、パンチ生検材料、切除生検材料、直視下生検材料、切開生検材料、内視鏡下生検材料、子宮頸部擦過細胞、子宮擦過細胞又は膣洗浄などの組織生検材料)、腫瘍、腫瘍サンプル、又は体液(例えば、腹水、血液(血漿を含む)、血清、リンパ液、髄液)を含む、被験者、好ましくはヒトである被験者から得られるサンプル、又は被験者、好ましくはヒトである被験者に存在するサンプルである。本開示のある実施例によれば、サンプルは被験者の卵巣組織、細胞サンプル(例えば、子宮頸部擦過細胞)及び体液(例えば、血清及び血漿)から得られる。組織生検サンプル、子宮頸部擦過細胞、及び体液サンプル(例えば、血液又は尿)など既存の生体サンプルに直接行われる方法については、上述のサンプル採取工程は省略され、その既存のサンプルはその後の分析のために回収される。
工程(b)に関して、下記実施例によれば、メチル化状態はqMSP又はバイサルファイトパイロシークエンスを用いて測定される。しかしながら、理解できるように、本方法は上述の方法に限定されず、むしろ請求項に記載の発明の範囲は、特定の遺伝子のメチル化状態又はレベルを量的に測定する他の同等の方法の使用を包含する。理解できるように、上記方法及びその同等のものも下記実施形態に適用でき、従って、簡潔にするために、遺伝子のメチル化状態又はメチル化レベルを測定するのに好適な方法を以下の態様/実施形態において繰り返さない。
高メチル化測定工程において、該少なくとも1つの標的遺伝子の高メチル化の有無を測定する。
第1の態様において、本開示は被験者が子宮内膜がん(EC)を有するかどうかを判定する方法を提供し、この方法は上述のように、サンプル回収工程、メチル化測定工程;及び判定工程、並びに被験者におけるECの有無が工程(c)の結果に基づき測定される評価工程(d)を含む。具体的に、少なくとも1つの標的遺伝子の高メチル化は、被験者がECを有していることを示す。本開示のいくつかの実施形態によれば、少なくとも1つの標的遺伝子の高メチル化が無ければ、被験者がECを有していないことを示す。本開示のいくつかの実施形態によれば、少なくとも1つの標的遺伝子の高メチル化が無ければ、被験者が子宮内膜新生物を有していないか、子宮内膜新生物が良性であることを示し、例えば筋腫は一般的な良性の子宮内膜新生物である。
本開示の様々な実施形態によれば、少なくとも1つの標的遺伝子はBHLHE22もしくはTHY1又はその両方である。
いくつかの実施形態において、BHLHE22及び/又はTHY1に加えて、標的遺伝子はさらにADARB2、CDO1、CELF4、CLVS2、GATA4、HOXA9、MTMR7、NTM、PRKCDBP、TBX5及びZNF662の少なくとも1つを含む。
ある任意の実施形態によれば、少なくとも1つの標的遺伝子はBHLHE22及びCDO1を含む。いくつかの実施形態において、少なくとも1つの標的遺伝子はBHLHE22、CDO1及びTBX5を含む。いくつかの他の実施形態において、少なくとも1つの標的遺伝子はBHLHE22、THY1、CDO1及びCLVS2を含む。さらにいくつかの他の実施形態において、少なくとも1つの標的遺伝子はBHLHE22、CDO1及びCELF4を含む。別の例として、少なくとも1つの標的遺伝子はBHLHE22及びCELF4を含む。あるいは、少なくとも1つの標的遺伝子はTHY1及びCDO1を含む。さらにあるいは、少なくとも1つの標的遺伝子はTHY1及びCDO1、並びにCLVS2及びGATA4の1つ又はその両方を含む。いくつかの実施形態において、少なくとも1つの標的遺伝子はBHLHE22、CDO1、THY1、CELF4、CLVS2、GATA4、NTM、PRKCDBP及びTBX5を含む。
1つを超える標的遺伝子のメチル化状態を測定する実施形態において、該標的遺伝子の高メチル化の有無に基づき判定を行うことができる。
本開示の様々な実施形態によれば、サンプルは被験者の子宮頸部擦過細胞又は子宮内膜サンプル由来である。
本開示のある実施形態によれば、本方法は被験者が初期段階(国際産婦人科連合の原則によればステージI又はII)の子宮内膜癌腫を有しているかどうかを判定するために用いられる。いくつかの任意の実施形態において、サンプルは被験者の子宮頸部擦過細胞由来であり、BHLHE22、並びにCDO1及びCELF4の少なくとも1つの高メチル化が、被験者が子宮内膜癌腫を有する指標である。本開示の様々な実施形態によれば、子宮内膜癌腫はI型又はII型子宮内膜癌腫でよい。II型子宮内膜がんががん発生後期(例えばステージ3又は4)に診断されることが多い従来の診断手段と比較して、本方法は、がんがより悪性段階に進行する前に診断を行うのに特に有利である。
理解できるように、被験者が子宮内膜癌腫を有しているかどうかを判定するための診断手段を調製するため、本開示で特定されたバイオマーカーを用いることができる。
例えば、キットはBHLHE22、THY1、ADARB2、CDO1、CELF4、CLVS2、GATA4、HOXA9、MTMR7、NTM、PRKCDBP、TBX5及びZNF662など、上記特定された1つ又は複数のバイオマーカーのメチル化レベルを測定するために用いることができる物質を含んでよい。
第2の態様において、本開示は被験者が婦人科癌腫又は大腸癌腫を有するかどうかを判定する方法を提供する。本方法はまた、上述のように、共通工程(a)、(b)及び(c)、並びに被験者における婦人科癌腫又は大腸癌腫の存在を工程(c)の結果に基づき測定する判定工程(d)を含む。特に、少なくとも1つの標的遺伝子の高メチル化は、被験者が婦人科癌腫又は大腸癌腫を有することを示す。本開示のいくつかの実施形態によれば、少なくとも1つの標的遺伝子の高メチル化が無ければ、被験者が婦人科新生物又は大腸新生物を有していないか、あるいは婦人科新生物又は大腸新生物が良性であることを示す。
本開示の様々な実施形態によれば、少なくとも1つの標的遺伝子はADARB2、CLVS2、HOXA9、MTMR7及びNTMからなる群から選択される。
本開示のある実施形態によれば、婦人科癌腫はI型子宮内膜癌腫、II型子宮内膜癌腫、卵巣癌腫、膣癌腫、外陰癌腫、妊娠性絨毛性疾患(GTD)及び原発性腹膜癌腫である。
同様に、被験者が婦人科癌腫又は大腸癌腫を有するかどうかを判定する診断手段を調製するため、本開示で特定されるバイオマーカーを用いることができる。
例えば、キットはADARB2、CLVS2、HOXA9、MTMR7及びNTMなど、上記特定された1つ又は複数のバイオマーカーのメチル化レベルを測定するために用いることができる物質を含んでよい。
以下の実施例は本発明のある態様を説明し、当業者が本発明を実施するのを助けるために提供される。これらの実施例は本発明の範囲をいかなる方法によっても限定すると見なされるものではない。さらに詳細に述べるまでもなく、当業者はここでの説明をもとに本発明を十分に利用することができると考えられる。ここで引用されるすべての出版物はその全体を参照により本明細書に組み込まれる。
材料及び方法
1.組織検体
組織検体はすべて、台湾新北市、台北医学大学双和医院で2014年10月から2016年5月に採取した。選定基準は、研究参加者が30~80歳の女性であることを規定した。年齢、腫瘍の組織型、国際産婦人科連合のステージ、及び組織学的グレードを各参加者の入院記録から考察した。ヘルシンキ宣言2000に従い、台北医学大学双和医院の施設内倫理委員会の承認を得て、研究を行った。インフォームドコンセントは本研究における全参加者から得られた。
子宮内膜検体を手術中に得、液体窒素で直ちに凍結し、分析まで-80℃で保管した。婦人科病理医による組織検査を用いて各サンプルの病理診断を確認した。筋腫患者から正常上皮組織を採取した。
筋腫又は子宮内膜癌腫と診断された患者から子宮頸部擦過細胞を採取し、サンプル採取時に女性患者に卵巣及び子宮頸部疾患はなかった。子宮頸管擦過細胞を以下のように採取した。新しい子宮頸管ブラシを子宮頸管に挿入し、3から5回静かにブラシを回転させて、適当なサンプル採取を確実に行う。その後、ブラシをRNAlater(登録商標)(Ambion、ライフテクノロジーズ、米国)2mlを含む遠心分離管(15ml)に入れ、遠心分離管のキャップを閉じた。子宮頸管擦過細胞検体を4℃で保管した。10秒間ボルテックスした後、スワブ細胞含有サンプルを3本の微小遠心分離管(1本当たり1ml)に分注し、さらなる分析まで-80℃で保管した。
2.探索及び検証
探索群において、がんゲノムアトラス(TCGA)データ(270の悪性子宮内膜腫瘍組織及び28の正常子宮内膜組織の使用を含む)、Em-MethylCap-seq(78の悪性子宮内膜腫瘍組織及び11の正常子宮内膜組織を含む)、並びにHCLデータ(10の悪性子宮内膜腫瘍組織及び筋腫である10の正常子宮内膜組織を含む)の公開データを用いて、メチル化バイオマーカーを特定した。メチル化バイオマーカーを検証するために用いられたサンプルは、25の子宮内膜悪性腫瘍組織、筋腫である5の正常子宮内膜、並びに子宮内膜悪性腫瘍組織、筋腫及び正常子宮内膜を有する被験者から採取されたそれぞれ15、10及び15の子宮頸部擦過物を含んでいた。
検証群で用いられたトレーニングセットについて、子宮内膜がん、筋腫の被験者、及び健常被験者から採取されたそれぞれサイズ28の子宮頸部擦過サンプルを用いた。実施例1における検証群のテストセットについて、同じサイズのサンプルを用いた。実施例2における検証群で用いられるテストセットのため、子宮内膜悪性腫瘍組織、筋腫及び正常子宮内膜を有する被験者から採取されたそれぞれ50、40及び56の子宮頸部擦過細胞サンプルを用いた。
3.ゲノム-野生型DNAメチロミクス分析
3.1.450K Methylation Beadアレイ
298の子宮内膜組織(類内膜型EC及び28の周囲正常組織)の第1メチロミクス分析は、Methylation 450K BeadChipアレイ(イルミナ、米国カリフォルニア州サンディエゴ)を用いて実施し、ECの示差的メチル化プロファイルを特定した。TCGAデータポータルのレベル3データを用いた。各CpGのメチル化スコアをβ値として表し、正規化した。がん、癌腫サンプルは≧40%の新生物細胞密度を示した。我々は性染色体にマッピングされたプローブを除去し、一塩基多型(SNP)を覆い、残りの379,054個のCpG部位を本研究で分析することに集中した。がん、癌腫サンプルは≧40%の新生物細胞密度を示した。顕著に異なるメチル化CpG部位をマン・ホイットニーのU検定及びP≦0.001を用いて分析した。我々はコーディング遺伝子の転写開始部位(TSS)に最も近い(±1000bp)CpG部位にさらに集中した。最後に、我々はコーディング遺伝子に≧5個の残りのCpG部位を有する高メチル化候補を選択した。また、EC値の読み取り中央値から正常値を引いた上位5%の高メチル化差を選択した。
3.2.MethylCapシークエンシング
MethylMiner methylated DNA Enrichment Kit(インビトロジェン、カリフォルニア州カールスバッド)を用い、メーカの説明書に従って、メチル化DNAをゲノムDNA2μgから濃縮した。簡単に述べると、ゲノムDNAを約200bpに超音波切断し、MBDタンパク質により捕捉し、1M塩バッファを用いて沈殿させた。イルミナ(カリフォルニア州サンディエゴ)の標準プロトコールに従って、濃縮されたメチル化DNAを配列決定用のライブラリ作製のために用いた。イルミナGenome Analyzer IIxシステムを用いてMethylCap-seqライブラリを配列決定した。イルミナの標準経路を用いて画像解析及びベースコールを実施した。ELANDアルゴリズムを用い、2個までのマスマッチ塩基対で、独自のリード(36bpリードまで)をヒトの基準ゲノム(hg18)にマッピングした。
独自にマッピングされたリードを追加の線形正規化及び示差的メチル化分析に用いた。以下の等式1及び2を用いて、リード数を集積することによりメチル化レベルを計算した。
Figure 0007182317000002
N_(Read,i)はi区間で正規化されたリード数であり;U_(Read,i)はi区間で独自にマッピングされたリード数であり、N_Uは独自にマッピングされたリード総数である。「INT」は要素を負の無限大方向の最も近い整数に丸め、「^」はべき乗演算を意味する。メチル化レベルの領域は正規化された独自のリードの平均により表される。A及びB群(G=A又はB)の比較のため、平均メチル化レベル(AVGR,G)を所定の領域R(m区間サイズを含み、s区間に開始する)において2群で別々に計算した。サンプル数はA群でS_A、B群でS_Bである。
Figure 0007182317000003
AVGR,GはR領域でのG群の平均メチル化レベルを意味する。MR,GはR領域でのG群の各サンプルのメチル化レベルである。両側及びマン・ホイットニーのU検定(P≦0.001)を用いてR領域での異なるメチル化の統計的有意性を特定した。症例及び対照サンプル間で特異的にメチル化された部位を分析した。コーディング遺伝子のTSSの1000bp上流及び下流にわたる2000bp領域のメチル化レベルを分析した。我々は性染色体のTSS領域を除外し、残りの23,215TSS領域を本研究で分析し、EC値の読み取り中央値から正常値を引いた上位5%の高メチル化差を選択した。
TCGAデータポータルは450K Methylation Chipアレイを用いて組織サンプルを分析し、このデータポータルは417の子宮内膜組織からのデータセットを含んでいた。このうち、≧40%の新生物細胞密度を有する371のがん症例を本研究のために選択した。症例及び対照群間の異なるメチル化CpG部位を調査するため、ノンパラメトリック検定を用いた。P≦0.001のプローブ及び高β値の上位5%の示差的メチル化をまず選択した。その後、コーディング遺伝子の転写開始部位に対して-1000から+1000にわたる領域内に位置する重要なプローブを特定した。少なくとも5個の特定されたプローブを有する高メチル化遺伝子を我々の選択基準で選択した。
3.3.DNAメチル化プロファイルのクラスタ解析及び候補の選択
MeV4の4.9版の機能におけるマンハッタン距離に基づく凝集型階層的クラスタリングの完全連結法を用いてDNAメチル化プロファイルを得た。各群において、がんのメチル化変化であまり報告されていない1から2候補、及び非EC参加者における正常子宮内膜の低シグナルを選択した。
4.定量的DNAメチル化ポリメラーゼ連鎖反応
4.1.ゲノムDNAの調製及びバイサルファイト変換
QIAmp DNA Mini Kit(キアゲン、ドイツ連邦共和国ヒルデン)を用い、検体からゲノムDNAを抽出した。メーカ推奨により、EZ DNA Methylation Kit(ZYMO RESEARCH、米国カリフォルニア州)を用いて、ゲノムDNA(1μg)をバイサルファイト修飾し、ヌクレアーゼフリー水70μLに溶解した。バイサルファイトDNAをDNAメチル化分析のテンプレートとして用いた。
4.2.qMSP
特異的プローブ及びプライマーを用いる定量的メチル化特異的PCR(qMSP)を実施して、非メチル化(COL2A1)総インプットDNAを参照することにより相対DNAメチル化レベルを特定した。
PCR産物をLightCycler480用SYBR Green I Master(ロシュ、米国インディアナ州インディアナポリス)で増幅し、LightCycler480を用いて実施した。20μl反応混合物は、バイサルファイト変換DNA2μL、各プライマー250nM、及びマスターミックス10μlを含有した。以下の95℃5分、並びに95℃10秒、60℃30秒及び72℃30秒の50サイクル、72℃5分の最終伸長の温度プロファイル下、反応をLightCycler480で実施した。同様の試験をすべての検体における各遺伝子に実施した。DNAメチル化レベルは式:(遺伝子のCp)-(COL2AのCp)]を用いてΔCpを推定する。COL2AのCp値が>36である試験結果は検出失敗と定義した。Oligo7.0プライマー解析ソフトウェアによりプライマーを設計した。
5.統計
マン・ホイットニーのノンパラメトリックなU検定を用いて、2つのカテゴリ間のメチル化レベル差を特定し、クラスカル-ウォリス検定を用いて、2つを超えるカテゴリ間のメチル化レベル差を特定した。
独立群において、真陽性率(すなわち、感度)を偽陽性率(つまり、1-特異度)に対してプロットして、受信者操作特性(ROC)曲線を得た。最も優れた精度を判定するため、ROCの曲線下面積(AUC)を用いて2群のサンプルを区別する至適カットオフ値を特定した。最適閾値を「closest.topleft」法及びRのpROCパッケージにおけるブートストラッピングの200回繰り返しにより計算した。実行した方法において、式は[(1-感度)+(1-特異度)]の最小合計である。ロジスティック回帰を用いてOR及び95%CIを推定し、各候補遺伝子及び遺伝子組合せのメチル化状態に伴うECリスクを説明する。すべての有意差を両側P<0.05を用いて判断し、上記分析及びプロットをRの統計パッケージ(3.1.2版)及びMedCalc(14.12.0版)を用いて実施した。ペアワイズフィッシャーの正確確率事後検定及び0.01のアルファ誤差の想定割合を用いて、G*Power3.1.9.2版により統計的検出力を評価した。
子宮内膜がんの診断に関連する高メチル化遺伝子の特定
探索群において、MethyCapシークエンシング及びmethylation bead chipのデータを用い、子宮内膜がんにおける新規高メチル化遺伝子を特定して、各遺伝子のTSSから±1kbに位置するDMRを特定した。第1の分析段階において、異なるデータベースにおける子宮内膜癌腫及び正常サンプル間の遺伝子のメチル化レベルを比較し、メチル化パターンのコンセンサスクラスタリングにより180の遺伝子を特定した。臨床的意義及び機能濃縮の我々の選択基準でフィルタリング後、23個の遺伝子を選択した(図1パネルA参照)。
探索群において特定された23の候補遺伝子をさらに検証した。正常子宮内膜組織(n=15)、筋腫子宮内膜(n=10)及び悪性子宮内膜癌腫組織(n=15)のプールDNAをqMSPに付し、14の遺伝子を特定した。14の候補遺伝子をさらに検証した。悪性子宮内膜癌腫(EC、n=56)又は筋腫(Myo、n=40)と診断された患者、及び正常子宮内膜組織(Nor、n=50)を有する被験者からの子宮頸部擦過物のプールDNAをバイサルファイトパイロシークエンスに付した。結果(図2及び表1)は、子宮頸部擦過サンプルを用い、上記9遺伝子が子宮内膜癌腫及び正常又は筋腫子宮内膜組織を有する被験者を区別することもできることを示す。
Figure 0007182317000004
特に、図2のパネルAにおけるドットプロットはBHLHE22、CDO1、CELF4及びZNF662のメチル化状態の分布を示す。個々の子宮頸部擦過物を用い、DNAメチル化状態は正常子宮内膜及び筋腫のサンプルよりもECサンプルで高いことが確認された。プロットの横線は表1に列記されたカットオフ値を表した。P値はクラスカル・ウォリス検定により計算した。
さらに、図2のパネルBで説明するように、全4遺伝子は1に近いAUC値(0.89~0.95)を有する優れた受信者操作特性下面積を示し、より良いクラスタを示した。
遺伝子の組合せの性能も評価され、表1に示すように、結果は単一の遺伝子と比べ、遺伝子の組合せを用いてより良い特異度が実現されることを示した。より具体的には、BHLHE22、CELF4及びCDO1の組み合わせた試験は、感度91.8%、特異度95.5%であり、任意の2つの陽性試験のリスクは236.3倍上昇した(95%CI、56.4~989.6)。これらの結果は初期段階のECの検出と同様であった(感度、89.5%;特異度、95.5%;OR、178.5、95%CI、42.2~754.9)。II型類内膜がんと診断された一部の患者由来の子宮頸部擦過物における候補遺伝子のメチル化状態を表2に示した。
Figure 0007182317000005
子宮内膜癌腫の診断に関連する高メチル化遺伝子の特定
探索群において、上記で特定されたデータセットを用いて子宮内膜がんにおける新規高メチル化遺伝子を特定した。各遺伝子の転写開始部位(TSS)から±1kbに位置する示差的メチル化領域(DMR)を特定した。第1の分析段階において、TCGAデータセットの腫瘍及び正常サンプル間の遺伝子のメチル化レベルを比較し、46遺伝子を特定した。さらに、TCGAデータセットの腫瘍及び正常サンプル間の遺伝子のメチル化レベルを比較して、候補遺伝子を特定した。一貫して高メチル化レベルを示す合計15遺伝子を特定した(図1パネルBを参照)。
探索群において特定された15候補遺伝子をさらに検証し、筋腫(EmN_Myo、n=5)の正常子宮内膜、及び悪性子宮内膜がん組織(EC、n=25)のプールDNAをqMSPに付した。結果(図3)は全15候補遺伝子が悪性子宮内膜がん組織において著しい高メチル化を表すことを示す。
候補遺伝子をまたさらに検証し、正常子宮内膜組織を有する被験者(N_Em、n=15)、あるいは悪性子宮内膜腫瘍(EC、n=15)又は筋腫(Myo、n=10)と診断された患者の子宮頸部擦過物のプールDNAをqMSPに付した。結果(図4)は子宮頸部擦過サンプルを用い、15遺伝子のうちの11遺伝子が悪性腫瘍及び正常又は筋腫の子宮内膜組織を有する被験者を区別することができることも示す。該11遺伝子はADARB2、BHLHE22、CDO1、CLVS2、GATA4、HOXA9、MTMR7、NTM、PRKCDBP、TBX5及びTHY1である。なお、FOXI2は示差的メチル化を示したが、シグナルは比較的弱く、従って、さらなる検証から除外した。
該11候補遺伝子、並びに以前に特定された遺伝子CELF4のメチル化プロファイルをさらに調査した。図5はトレーニングセット(パネルA)及びテストセット(パネルB)における受信者操作特性曲線下面積を用い、EC及び非ECサンプルを区別する候補遺伝子の性能を説明する。全分析のP値は0.5に等しい面積の比較について<0.001であった。閾値には白丸を付け、表3に一覧した。
Figure 0007182317000006
表3のデータは6試験遺伝子(BHLHE22、CDO1、CELF4、CLVS2、GATA4及びTHY1)が正常な子宮内膜及び筋腫を有する被験者を子宮内膜癌腫の被験者から区別する著しい精度(少なくとも80%)を表したことを示す。さらに、BHLHE22、CDO1、CELF4、CLVS2及びTHY1のAUC値は、0.83から0.9の範囲であり、より良いクラスタを示す。より良い精度を有する遺伝子を遺伝子の組合せの性能に関する次の分析のために選択し、結果を表4に要約する。
Figure 0007182317000007
表4のデータは、これらの遺伝子の組合せが総子宮頸部擦過物(表4、56EC、56筋腫及び56正常)を用いて、任意の単一の遺伝子よりも良い精度を有することを証明する。
他の婦人科癌腫及び大腸癌腫における候補遺伝子の交差検証
異常婦人科疾患又は大腸癌腫を区別する能力について、ADARB2、CLVS2、HOXA9、MTMR7、NTM及びPRKCDBPをさらに調査し、結果を図6に要約する(各記号は5人のプールDNAからのデータを表す)。大腸組織サンプル(Co)において、正常大腸組織(1N)におけるメチル化レベルと比較して、ADARB2、CLVS2、HOXA9、MTMR7及びNTMは、大腸がん(Ca)で高いメチル化を示した。卵巣(Ov)組織において、全7遺伝子は卵巣がんで高いメチル化レベルを示した。各三角及び丸はサンプルの5等量のDNAによりプールされる。
実施形態の上記説明は実施例のためにのみ記載するものであり、当業者により様々な変更を行うことができることが理解されるであろう。上記明細書、実施例、及びデータは本発明の実施形態の構造及び使用を完全に説明する。本発明の様々な実施形態はある程度の特殊性をもって、あるいは1つ又は複数の個別の実施形態を参照して上記に記載されているが、当業者は本発明の趣旨又は範囲を逸脱することなく、開示された実施形態に多くの変化を加えることができる。

Claims (8)

  1. 被験者が子宮内膜癌腫を有するかどうかを判定する方法であって、
    (a)前記被験者からのサンプルにおける少なくとも1つの標的遺伝子のメチル化状態を測定する工程であって、前記少なくとも1つの標的遺伝子がCELF4を含む、工程と;
    (b)前記少なくとも1つの標的遺伝子が高メチル化されているかどうかを測定する工程と;
    (c)前記被験者が前記子宮内膜癌腫を有するかどうかを前記工程(b)の結果に基づき判定する工程であって、前記少なくとも1つの標的遺伝子の高メチル化が前記被験者が前記子宮内膜癌腫を有していることを示す工程と、を含む方法。
  2. 前記少なくとも1つの標的遺伝子がさらにCDO1を含み、前記工程(a)がCDO1のメチル化状態を測定することを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記少なくとも1つの標的遺伝子がさらにADARB2、BHLHE22、CDO1、THY1、CLVS2、GATA4、HOXA9、MTMR7、NTM、PRKCDBP、TBX5及びZNF662の少なくとも1つを含み、前記工程(a)がさらにADARB2、BHLHE22、CDO1、THY1、CLVS2、GATA4、HOXA9、MTMR7、NTM、PRKCDBP、TBX5及びZNF662の少なくとも1つのメチル化状態を測定することを含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記少なくとも1つの標的遺伝子がCELF4、CDO1、BHLHE22、THY1、CLVS2、GATA4、NTM、PRKCDBP及びTBX5を含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記サンプルが前記被験者の子宮内膜組織又は子宮頸部擦過細胞由来である、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
  6. 前記サンプルが前記被験者の子宮頸部擦過細胞由来であり、前記少なくとも1つの標的遺伝子がCELF4、並びにBHLHE22、CDO1、CLVS2、及びTHY1の少なくとも1つを含み、前記工程(a)がさらにCELF4、並びにBHLHE22、CDO1、CLVS2及びTHY1の少なくとも1つのメチル化状態を測定することを含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記子宮内膜癌腫がI型またはII型子宮内膜癌腫である、請求項1に記載の方法。
  8. 前記少なくとも1つの標的遺伝子がさらにBHLHE22、THY1及びCLVS2の少なくとも1つを含み、前記工程(a)がさらにBHLHE22、THY1及びCLVS2のメチル化状態を測定することを含む、請求項1に記載の方法。
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