KR101296743B1 - Biomarkers for diagnosing cardiac hypertrophy and method for diagnosis using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 심근 비대증 진단용 바이오마커 및 이를 이용한 심근 비대증 진단 방법에 관한 것이다. 일 구체예에 따른 심근 비대증 진단용 바이오마커 및 이를 포함하는 진단 키트 및 이를 이용한 심근 비대증 진단 방법에 따르면, 생물학적 시료로부터 심근 비대증을 판정하는데 유용하게 사용될 수 있고, 심근 비대증의 발병 기작을 규명하는 도구로 사용될 수 있다.The present invention relates to a biomarker for diagnosing myocardial hypertrophy and a method for diagnosing myocardial hypertrophy using the same. According to one embodiment, a biomarker for diagnosing myocardial hypertrophy, a diagnostic kit including the same, and a method for diagnosing myocardial hypertrophy using the same, may be useful for determining myocardial hypertrophy from biological samples, and as a tool for identifying the pathogenesis of myocardial hypertrophy. Can be used.
Description
본 발명은 심근 비대증 진단용 바이오마커 및 이를 이용한 심근 비대증 진단 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biomarker for diagnosing myocardial hypertrophy and a method for diagnosing myocardial hypertrophy using the same.
심장 질환은 세계적으로 주요 사망 원인으로 생각되고 있다. 심장 질환은 많은 경우 심장 기능의 이상에 의해 발병하게 되며, 이는 심장 세포의 크기가 커지고 근절의 조직화(sarcomeric organization) 및 단백질의 합성이 증가하는 심근 비대증으로부터 시작되는 경우가 많다. 심근 비대증은 심장이 고혈압, 심근경색, 심장의 부정맥, 내분비계의 이상, 유전적인 요인에 의해 지속적인 물리적인 압박이 있거나 기능상의 부하가 일어나서 생길 수 있다. 비대증의 반응은 초기에는 심장의 기능을 증가시키기 위해 일어나지만, 심근 비대증이 지속되면 심근의 장애가 생기고 심근 경색 등으로 인해 사망할 수 있다. 다양한 자극에 의해 발생된 심근 비대증은 세포의 크기와 단백질의 합성을 증가시키며 여러 가지 유전자들의 발현이 유도되는 현상이 일어난다.Heart disease is thought to be the leading cause of death worldwide. Heart disease is often caused by abnormalities in heart function, which often begins with myocardial hypertrophy, in which the size of heart cells increases, the sarcomeric organization and the synthesis of proteins increase. Myocardial hypertrophy can be caused by constant physical pressure or functional load caused by the heart being hypertensive, myocardial infarction, cardiac arrhythmia, abnormal endocrine system, and genetic factors. Hypertrophic reactions occur initially to increase heart function, but if myocardial hypertrophy persists, myocardial dysfunction may occur and myocardial infarction may die. Myocardial hypertrophy caused by various stimuli increases cell size, protein synthesis, and induces the expression of various genes.
체내에서 심근 비대증을 유도시키는 물질로는 endothelin-1, angiotensin II, insulin-like growth factor-I 등을 들 수 있다. endothelin-1은 G protein-coupled receptor(GPCR)를 통해서 신호를 전달할 수 있는데 endothelin-1이 GPCR에 결합하면 phospholipase C가 활성화되어 IP3(inositol triphosphate)가 생성되고 이것은 endoplasmic reticulum 또는 칼슘 내부 저장소(intracellular store)의 칼슘 채널을 활성화시켜 근소포체로부터 칼슘을 방출시키게 되어, 세포질 내의 칼슘 농도를 높아지도록 한다. 증가된 칼슘은 calmodulin과 결합하여 calcineurin을 탈인산화시키고 탈인산화된 calcineurin은 전사인자인 NFAT를 활성화시켜 다양한 심근 비대증 관련 유전자의 전사를 활성화시킨다(도 1).Examples of substances that induce myocardial hypertrophy in the body include endothelin-1, angiotensin II, insulin-like growth factor-I. Endothelin-1 can transmit signals through the G protein-coupled receptor (GPCR), which binds to GPCR to activate phospholipase C, producing IP 3 (inositol triphosphate), which is called endoplasmic reticulum or intracellular calcium storage. It activates the calcium channel in the store to release calcium from the myoplasmic reticulum, increasing the concentration of calcium in the cytoplasm. Increased calcium binds to calmodulin to dephosphorylate calcineurin and dephosphorylated calcineurin activates transcription factor NFAT to activate transcription of various myocardial hypertrophy related genes (FIG. 1).
이를 바탕으로, 본 발명자들은 프로테오믹스 기법을 이용하여 endothelin-1에 의한 HL-1 심근 세포주에서 단백질 프로파일의 변화를 관찰 분석함으로써 endothelin-1에 의해 과발현 또는 저발현되는 단백질을 발굴하여 심근 비대증을 검출할 수 있는 바이오마커 및 이를 이용하여 심근 비대증의 진단 방법을 확립하였다.Based on this, the present inventors can detect the myocardial hypertrophy by discovering proteins overexpressed or underexpressed by endothelin-1 by observing and analyzing changes in protein profiles in the HL-1 myocardial cell line by endothelin-1 using proteomics techniques. Biomarkers and methods of diagnosing myocardial hypertrophy have been established.
일 구체예는 심근 비대증 진단용 바이오마커 및 이를 포함하는 진단 키트 및 이를 이용한 심근 비대증 진단 방법을 제공한다.One embodiment provides a biomarker for diagnosing myocardial hypertrophy, a diagnostic kit including the same, and a method for diagnosing myocardial hypertrophy using the same.
일 양상은 하기 군으로부터 선택되는 단백질을 하나 이상 포함하며, 심근 비대증이 발병된 세포에서 발현이 상대적으로 증가하는 것인 심근 비대증 진단용 바이오마커를 제공한다:One aspect provides a biomarker for diagnosing myocardial hypertrophy, comprising one or more proteins selected from the following group, wherein expression is relatively increased in cells that develop myocardial hypertrophy:
서열 번호 1의 아미노산 서열을 갖는 PDZ 및 LIM 도메인 단백질;PDZ and LIM domain proteins having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1;
서열 번호 2의 아미노산 서열을 갖는 ADP-리보실히드롤라아제;ADP-ribosylhydrolase having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2;
서열 번호 3의 아미노산 서열을 갖는 펩티딜-프롤릴 시스-트란스 이소머라아제 E;Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase E having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3;
서열 번호 4의 아미노산 서열을 갖는 진핵 세포의 번역 신장 인자 1 델타 이소폼 b;
서열 번호 5의 아미노산 서열을 갖는 Ran-특이적 GTPase-활성화 단백질;Ran-specific GTPase-activating protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5;
서열 번호 6의 아미노산 서열을 갖는 ATP 신타아제 서브유닛 베타, 미토콘드리아 전구체; 및 ATP synthase subunit beta, mitochondrial precursor having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6; And
서열 번호 7의 아미노산 서열을 갖는 아스트로시틱 포스포단백질 PEA-15의 이소폼 1.Isoform of Astrostatic Phosphoprotein PEA-15 Having the Amino Acid Sequence of SEQ ID NO: 7
다른 양상은 하기 군으로부터 선택되는 단백질을 하나 이상 포함하며, 심근 비대증이 발병된 세포에서 발현이 상대적으로 감소하는 것인 심근 비대증 진단용 바이오마커를 제공한다:Another aspect provides a biomarker for diagnosing myocardial hypertrophy, comprising one or more proteins selected from the following group, wherein expression is relatively reduced in cells with developing myocardial hypertrophy:
서열 번호 8의 아미노산 서열을 갖는 라민-A/C의 이소폼 C 단백질;Isoform C protein of Lamin-A / C having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8;
서열 번호 9의 아미노산 서열을 갖는 75 kDa의 열충격 단백질;A 75 kDa heat shock protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9;
서열 번호 10의 아미노산 서열을 갖는 열충격 70 kDa 단백질 14;Heat shock 70
서열 번호 11의 아미노산 서열을 갖는 FK506-결합 단백질 4;FK506-binding protein 4 having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11;
서열 번호 12의 아미노산 서열을 갖는 폴리(ADP-리보스)글리코히드롤라아제 ARH3;Poly (ADP-ribose) glycohydrolase ARH3 having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12;
서열 번호 13의 아미노산 서열을 갖는 유비퀴틴 티오에스테라아제 단백질 OTUB1; 및Ubiquitin thioesterase protein OTUB1 having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13; And
서열 번호 14의 아미노산 서열을 갖는 이소폼 쇼트 14-3-3 단백질 β/α.Isoform short 14-3-3 protein β / α having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 14.
일 구체예에 따르면, 상기 바이오마커는 하기 군으로부터 선택되는 단백질을 하나 이상 포함하며, 심근 비대증이 발병된 세포에서 발현이 상대적으로 증가하는 것인 심근 비대증 진단용 바이오마커를 포함할 수 있다:According to one embodiment, the biomarker may include one or more proteins selected from the following group, and may include a biomarker for diagnosing myocardial hypertrophy in which expression is relatively increased in cells in which myocardial hypertrophy has developed.
서열 번호 15 내지 21의 트립신 분해된 서열을 가지고, 34 내지 37 kDa의 분자량 및 6.3 내지 6.5의 pI값을 갖는 PDZ 및 LIM 도메인 단백질;PDZ and LIM domain proteins having a trypsin digested sequence of SEQ ID NOs: 15-21 and having a molecular weight of 34-37 kDa and a pi value of 6.3-6.5;
서열 번호 22 내지 31의 트립신 분해된 서열을 가지고, 38 내지 41 kDa의 분자량 및 5.5 내지 5.7의 pI값을 갖는 ADP-리보실히드롤라아제;ADP-ribosylhydrolase having a trypsin digested sequence of SEQ ID NOs: 22 to 31 and having a molecular weight of 38 to 41 kDa and a pi value of 5.5 to 5.7;
서열 번호 32 내지 39의 트립신 분해된 서열을 가지고, 32 내지 35 kDa의 분자량 및 5.3 내지 5.5의 pI값을 갖는 펩티딜-프롤릴 시스-트란스 이소머라아제 E;Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase E having a trypsin digested sequence of SEQ ID NOs: 32 to 39 and having a molecular weight of 32 to 35 kDa and a pi value of 5.3 to 5.5;
서열 번호 40 내지 47의 트립신 분해된 서열을 가지고, 30 내지 33 kDa의 분자량 및 4.9 내지 5.1의 pI값을 갖는 진핵 세포의 번역 신장 인자 1 델타 이소폼 b;
서열 번호 48 내지 50의 트립신 분해된 서열을 가지고, 22 내지 25 kDa의 분자량 및 5.4 내지 5.6의 pI값을 갖는 Ran-특이적 GTPase-활성화 단백질;Ran-specific GTPase-activating protein having a trypsin digested sequence of SEQ ID NOs: 48 to 50 and having a molecular weight of 22 to 25 kDa and a pi value of 5.4 to 5.6;
서열 번호 51 및 52의 트립신 분해된 서열을 가지고, 55 내지 58 kDa의 분자량 및 5.1 내지 5.3의 pI값을 갖는 ATP 신타아제 서브유닛 베타, 미토콘드리아 전구체; 및 ATP synthase subunit beta, mitochondrial precursor, having a trypsin digested sequence of SEQ ID NOs: 51 and 52, having a molecular weight of 55 to 58 kDa and a pi value of 5.1 to 5.3; And
서열 번호 53 내지 55의 트립신 분해된 서열을 가지고, 13 내지 16 kDa의 분자량 및 4.8 내지 5.0의 pI값을 갖는 아스트로시틱 포스포단백질 PEA-15의 이소폼 1.
일 구체예에 따르면, 상기 바이오마커는 하기 군으로부터 선택되는 단백질을 하나 이상 포함하며, 심근 비대증이 발병된 세포에서 발현이 상대적으로 감소하는 것인 심근 비대증 진단용 바이오마커를 포함할 수 있다:According to one embodiment, the biomarker may include one or more proteins selected from the following group, and may include a biomarker for diagnosing myocardial hypertrophy in which expression is relatively reduced in cells in which myocardial hypertrophy has developed.
서열 번호 56 내지 61의 트립신 분해된 서열을 가지고, 64 내지 67 kDa의 분자량 및 6.3 내지 6.5의 pI값을 갖는 라민-A/C의 이소폼 C 단백질;Isoform C protein of Lamin-A / C having a trypsin digested sequence of SEQ ID NOs: 56-61 and having a molecular weight of 64-67 kDa and a pi value of 6.3-6.5;
서열 번호 62 내지 85의 트립신 분해된 서열을 가지고, 78 내지 81 kDa의 분자량 및 6.2 내지 6.4의 pI값을 갖는 75 kDa의 열충격 단백질;A 75 kDa heat shock protein having a trypsin digested sequence of SEQ ID NOs: 62 to 85 and having a molecular weight of 78 to 81 kDa and a pi value of 6.2 to 6.4;
서열 번호 86 내지 97의 트립신 분해된 서열을 가지고, 54 내지 57 kDa의 분자량 및 6.3 내지 6.5의 pI값을 갖는 열충격 70 kDa 단백질 14;Heat shock 70
서열 번호 98 내지 100의 트립신 분해된 서열을 가지고, 50 내지 53 kDa의 분자량 및 5.4 내지 5.6의 pI값을 갖는 FK506-결합 단백질 4;FK506-binding protein 4 having a trypsin digested sequence of SEQ ID NOs: 98-100, having a molecular weight of 50-53 kDa and a pi value of 5.4-5.6;
서열 번호 101 내지 108의 트립신 분해된 서열을 가지고, 38 내지 41 kDa의 분자량 및 4.8 내지 5.0의 pI값을 갖는 폴리(ADP-리보스)글리코히드롤라아제 ARH3;Poly (ADP-ribose) glycohydrolase ARH3 having a trypsin digested sequence of SEQ ID NOs: 101 to 108 and having a molecular weight of 38 to 41 kDa and a pi value of 4.8 to 5.0;
서열 번호 109 내지 118의 트립신 분해된 서열을 가지고, 30 내지 33 kDa의 분자량 및 4.8 내지 5.0의 pI값을 갖는 유비퀴틴 티오에스테라아제 단백질 OTUB1; 및Ubiquitin thioesterase protein OTUB1 having a trypsin digested sequence of SEQ ID NOs: 109-118 and having a molecular weight of 30-33 kDa and a pi value of 4.8-5.0; And
서열 번호 119 내지 124의 트립신 분해된 서열을 가지고, 26 내지 29 kDa의 분자량 및 4.7 내지 4.9의 pI값을 갖는 이소폼 쇼트 14-3-3 단백질 β/α.Isoform short 14-3-3 protein β / α having a trypsin digested sequence of SEQ ID NOs: 119 to 124 and a molecular weight of 26 to 29 kDa and a pi value of 4.7 to 4.9.
본 명세서에서, 용어 "트립신 분해된 서열"은 MALDI-TOF 또는 MS/MS 분석을 위해 해당 단백질을 트립신(trypsin)으로 분해하여 생성된 폴리펩티드 단편의 아미노산 서열을 의미한다. 또한, 상기 분자량과 pI는 2차원 전기영동(two-dimentional electrophoresis) 상에서 확인된 값으로서 일반적으로 허용되는 실험상의 오차범위를 포함하는 것으로 해석된다.As used herein, the term “trypsin digested sequence” refers to the amino acid sequence of a polypeptide fragment produced by digesting the protein with trypsin for MALDI-TOF or MS / MS analysis. In addition, the molecular weight and pI are interpreted to include generally accepted experimental error ranges as values confirmed on two-dimentional electrophoresis.
또 다른 양상은 상기 단백질 또는 상기 단백질의 단편에 특이적으로 결합하는 항체를 포함하는 심근 비대증 진단 키트를 제공한다.Another aspect provides a myocardial hypertrophy diagnostic kit comprising an antibody that specifically binds to said protein or fragment of said protein.
상기 단백질의 단편은 예를 들어, 면역원성 단편일 수 있으며, 이는 싱기 바이오마커 단백질에 대한 항체에 의해 인식될 수 있는 하나 이상의 에피토프(epitope)를 가지고 있는 바이오마커 단백질의 단편을 의미한다. 일 구체예에 따르면, 상기 항체는 폴리클론 항체 또는 단일클론 항체일 수 있으나, 단일클론 항체를 사용하는 것이 가장 바람직하다.A fragment of the protein can be, for example, an immunogenic fragment, which refers to a fragment of a biomarker protein having one or more epitopes that can be recognized by an antibody against a singular biomarker protein. According to one embodiment, the antibody may be a polyclonal antibody or a monoclonal antibody, but it is most preferred to use a monoclonal antibody.
상기 폴리클론 항체는 당업자에 알려진 종래 방법에 따라 면역원인 바이오 마커 단백질 또는 그 단편을 외부 숙주에 주사함으로써 제조될 수 있다. 외부 숙주는 마우스, 래트, 양, 토끼와 같은 포유 동물을 사용할 수 있다. 상기 면역원은 근내, 복강내 또는 피하 주사 방법으로 주사되는 경우, 일반적으로 항원성을 증가시키기 위한 보조제(adjuvant)와 함께 투여될 수 있다. 이후, 외부 숙주로부터 정기적으로 혈액을 채취하여 향상된 역가 및 항원에 대한 특이성을 보이는 혈청을 수거하거나 이로부터 항체를 분리, 정제할 수 있다.The polyclonal antibody can be prepared by injecting a biomarker protein or fragment thereof as an immunogen into an external host according to conventional methods known to those skilled in the art. The external host can use mammals such as mice, rats, sheep, rabbits. The immunogen can be administered in combination with an adjuvant to increase antigenicity when injected by intramuscular, intraperitoneal or subcutaneous injection methods. Thereafter, blood may be collected periodically from an external host to collect serum showing enhanced titers and specificity for the antigen or to separate and purify the antibody therefrom.
상기 단일클론 항체는 당업자에 알려진 융합에 의한 불멸화된 세포주 생성기술에 의해 제조될 수 있다. 단일클론 항체의 제조 방법에 대해 간단히 설명하면, 상기 단백질을 정제하여 적당량(약 10㎍)을 Balb/C 마우스에 면역화를 시키거나, 상기 단백질의 폴리펩티드 단편을 합성하여 소혈청 알부민과 결합시켜 마우스에 면역화시킨 다음, 마우스에서 분리된 항원-생산 임파구를 인간 또는 마우스의 미엘로마와 융합하여 불멸화된 하이브리도마를 생성하며, ELISA 방법을 사용하여 원하는 단일클론 항체를 생성하는 하이브리도마 세포만을 선택하여 증식한 후 배양물로부터 단일클론 항체를 분리, 정제할 수 있다.The monoclonal antibodies can be prepared by the technology of generating immortalized cell lines by fusion known to those skilled in the art. Briefly, a method for producing a monoclonal antibody may be purified to immunize an appropriate amount (about 10 µg) in a Balb / C mouse or synthesize a polypeptide fragment of the protein and bind it to bovine serum albumin. After immunization, antigen-producing lymphocytes isolated from mice are fused with myeloma in humans or mice to produce immortalized hybridomas, and only the hybridoma cells that produce the desired monoclonal antibody are selected using the ELISA method. After propagation, monoclonal antibodies can be isolated and purified from the culture.
일 구체예에 따른 심근 비대증 진단 키트는 당업자에 알려진 종래의 제조방법에 의해 제조될 수 있으며, 전형적으로 동결 건조 형태의 항체와 버퍼, 안정화제, 불활성 단백질 등을 포함할 수 있다. 상기 항체는 방사종(radionuclides), 형광원(fluorescors), 효소(enzymes) 등에 의해 표지화될 수 있다.Myocardial hypertrophy diagnostic kit according to one embodiment may be prepared by conventional manufacturing methods known to those skilled in the art, and may typically include a freeze-dried form of the antibody and buffers, stabilizers, inert proteins and the like. The antibody can be labeled by radionuclides, fluorescors, enzymes, and the like.
한편, 일 구체예에 따른 단일클론 항체는 면역분석 키트(예를 들어, ELISA, antibody coated tube test, lateral-flow test, potable biosensor)에 다양하게 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 보다 높은 특이도와 민감도를 나타내는 항체의 개발을 통한 다양한 심근 비대증 검출 스펙트럼을 갖는 단백질 칩 개발에도 이용될 수 있다.Meanwhile, the monoclonal antibody according to one embodiment may be variously used in an immunoassay kit (eg, ELISA, antibody coated tube test, lateral-flow test, potable biosensor), and also has higher specificity and sensitivity. It can also be used to develop protein chips with various myocardial hypertrophy detection spectrum through the development of antibodies.
다른 양상은 심근 비대증이 의심되는 생물학적 시료로부터 상기 서열 번호 1 내지 서열 번호 7의 아미노산 서열을 갖는 단백질 중 하나 이상의 단백질의 발현이 정상 심근 세포에 비해 상대적으로 증가하거나, 또는 상기 서열 번호 8 내지 서열 번호 14의 아미노산 서열을 갖는 단백질 중 하나 이상의 단백질의 발현이 정상 심근 세포에 비해 상대적으로 감소하는지 여부를 검출하는 단계; 및 상기 검출 결과로부터 상기 생물학적 시료의 심근 비대증 여부를 판단하는 단계를 포함하는 심근 비대증의 진단 방법을 제공한다.Another aspect is that the expression of one or more of the proteins having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 7 from the biological sample suspected of myocardial hypertrophy is increased relative to normal cardiomyocytes, or the SEQ ID NO: 8 to SEQ ID NO: Detecting whether expression of at least one of the proteins having an amino acid sequence of 14 is reduced relative to normal cardiomyocytes; And determining whether my biological sample is myocardial hypertrophy from the detection result.
상기 생물학적 시료는 예를 들어, 포유 동물의 심근 조직, 심근 세포, 심근 조직 또는 심근 세포로부터 추출된 프로테옴(proteome)을 포함하나, 이에 한정하지는 않는다. 상기 서열 번호 1 내지 서열 번호 14의 아미노산 서열을 갖는 바이오마커 단백질은 모두 마우스(Mus musculus) 유래의 단백질이나, 인간, 원숭이, 소, 말 등의 다른 포유 동물에서도 동일한 단백질이 발현되며, 호몰로지(homology)가 90% 이상임을 데이터베이스(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast)에서 확인할 수 있다. 예를 들어, 서열 번호 1의 아미노산 서열을 갖는 PDZ 및 LIM 도메인 단백질은 인간의 PDZ 및 LIM 도메인 단백질과 95%의 호몰로지를 갖는다. 따라서, 상기 바이오마커가 인간을 비롯한 다른 포유 동물의 심근 비대증을 진단하는 용도로 사용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.Such biological samples include, but are not limited to, for example, proteome extracted from mammalian myocardial tissue, myocardial cells, myocardial tissue or cardiomyocytes. Biomarker proteins having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 14 are all mice ( Mus musculus ) and other mammals such as humans, monkeys, cows, horses, etc., the same protein is expressed, the homology (homology) is 90% or more database (http: //www.ncbi.nlm.nih. gov / blast). For example, PDZ and LIM domain proteins having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 have 95% homology with human PDZ and LIM domain proteins. Therefore, it is apparent to those skilled in the art that the biomarker can be used for diagnosing myocardial hypertrophy of other mammals including humans.
상기 진단 방법에서, 상기 검출 단계는 심근 비대증이 의심되는 심근 세포 및 정상 심근 세포를 대상으로 2차원 전기영동을 수행하여, 상기 바이오마커 단백질의 발현 정도를 확인하거나, 상기 심근 비대증이 의심되는 심근 세포를 일 구체예에 따른 항체를 포함하는 키트와 접촉시켜 항원 항체 반응을 통해 바이오마커 단백질의 존재를 확인하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2차원 전기영동법을 이용하는 경우, 정상인의 심근 세포 및 심근 비대증 의심 환자의 심근 세포의 프로테옴을 추출한 다음, 2차원 전기영동법으로 프로테옴의 프로파일을 작성하고, 이로부터 상기 바이오마커 단백질의 발현이 증가하거나 감소하는 것이 확인되는 경우 심근 비대증으로 판단할 수 있다. 한편, 항원 항체 반응으로서 현재 널리 알려진 면역분석법은 예를 들어, 효소면역측정법(ELISA, Coated tube), 항체가 결합된 자성 입자를 이용한 방법, 항체가 결합된 라텍스 입자를 이용한 방법이 있다.In the diagnostic method, the detecting step is performed by performing two-dimensional electrophoresis on cardiomyocytes and normal cardiomyocytes suspected of myocardial hypertrophy to confirm the expression level of the biomarker protein, or cardiomyocytes suspected of myocardial hypertrophy. Contacting with a kit comprising an antibody according to one embodiment may comprise confirming the presence of the biomarker protein via an antigen antibody reaction. For example, when using two-dimensional electrophoresis, the proteome of normal cardiomyocytes and cardiomyocytes of a suspected myocardial hypertrophy patient is extracted, and the proteome is profiled by two-dimensional electrophoresis, from which the expression of the biomarker protein is expressed. If this increase or decrease is confirmed, it can be judged as myocardial hypertrophy. On the other hand, immunoassays currently well known as antigen antibody reactions include, for example, enzyme immunoassay (ELISA, Coated tube), a method using magnetic particles bound to antibodies, and a method using latex particles bound to antibodies.
일 구체예에 따른 심근 비대증 진단용 바이오마커 및 이를 포함하는 진단 키트 및 이를 이용한 심근 비대증 진단 방법에 따르면, 생물학적 시료로부터 심근 비대증을 판정하는데 유용하게 사용될 수 있고, 심근 비대증의 발병 기작을 규명하는 도구로 사용될 수 있다.According to one embodiment, a biomarker for diagnosing myocardial hypertrophy, a diagnostic kit including the same, and a method for diagnosing myocardial hypertrophy using the same, may be useful for determining myocardial hypertrophy from biological samples, and as a tool for identifying the pathogenesis of myocardial hypertrophy. Can be used.
도 1은 심근 비대증을 유도하는 endothelin-1의 세포 내 신호 전달 경로를 나타낸 것이다.
도 2a는 endothelin-1을 세포에 처리했을 때 ANF 단백질의 핵 내의 증가를 나타낸 것이다. CON은 대조군을 나타내며, ET-1은 endothelin-1을 처리한 실험군을 의미한다.
도 2b는 endothelin-1을 처리한 후 세포 내에서 ANF의 mRNA 전사 수준을 RT-PCR을 이용하여 확인한 것이다.
도 3은 endothelin-1을 처리하지 않은 경우(A)와 처리한 경우(B)의 세포 반응물을 2차원 전기영동를 이용하여 분리하고 서로 다르게 발현된 스팟을 표시한 것이다.Figure 1 shows the intracellular signal transduction pathway of endothelin-1 inducing myocardial hypertrophy.
Figure 2a shows the increase in the nucleus of ANF protein when treated with cells endothelin-1. CON refers to the control group, ET-1 refers to the experimental group treated with endothelin-1.
Figure 2b shows the mRNA transcription level of ANF in cells after treatment with endothelin-1 using RT-PCR.
Figure 3 separates the cell reactants in the case of not treated with endothelin-1 (A) and treated (B) using two-dimensional electrophoresis and displays differently expressed spots.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
실시예Example 1: 심근 세포주에서의 endothelin-1에 의한 심근 비대 유도 확인 1: Identification of Induction of Myocardial Hypertrophy by Endothelin-1 in Myocardial Cell Line
심근 세포주 HL-1(Claycomb et al., Proc . Natl . Acad . Sci . USA 1998, 95, 2979-2984)은 Claycomb 배지(Sigma)에 10% FBS(Sigma), 0.1 mM의 norepinephrin(Sigma), 100 units/㎖의 penicillin, 100 ㎍/㎖의 streptomycin(Gibco/BRL) 및 2 mM의 L-glutamine(Life Technologies)을 첨가하여 37 ℃, 5% CO2의 조건으로 매일 배지를 교체하며 배양하였다. 표면을 0.02%의 gelatin/0.00125% fibronectin(Sigma)으로 코팅한 100 mm 페트리디쉬에 2 × 106개의 세포를 배양하고, 하루 후에 4시간 동안 무혈청 DMEM 배지에서 세포 성장을 정지(starvation)시킨 후, 100 nM의 endothelin-1(Calbiochem)을 첨가한 다음, 48시간 동안 방치하였다. 이후, 세포를 고정시키고, anti-ANF(atrial natriuretic factor) 항체(Bachem)를 처리한 다음, Alexa 546가 표지된 2차 마우스 항체(적색)(Bachem)와 함께 배양하였다. 상기 세포는 세포핵을 DAPI(Invitrogen)로 염색한 다음, 콘포칼 현미경(Zeiss)을 사용하여 상을 수집하였다.Myocardial cell line HL-1 (Claycomb et al., Proc . Natl . Acad . Sci .
도 2a의 결과로부터, endothelin-1을 처리한 경우, 핵 내의 ANF 단백질이 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 따라서 endothelin-1에 의하여 심근 비대증을 유도하는 신호가 전달되었음을 확인할 수 있었다.From the results of FIG. 2A, it was confirmed that when endothelin-1 was treated, ANF protein in the nucleus was increased, and thus a signal inducing myocardial hypertrophy was transmitted by endothelin-1.
위와 같이 배양한 심근 세포주 HL-1에 100 nM의 endothelin-1을 24시간 동안 처리하였다. 이후, 총 RNA를 RNeasy mini kit(Qiagen)을 이용하여 분리한 다음, 1 ㎍의 총 RNA를 주형으로 하고, M-MLV Reverse Transcriptase(Bioneer)를 사용하여 ANF 단백질을 암호화하는 cDNA 합성을 수행하였다. 이때, 프라이머는 정방향 프라이머(5’-GGCTCCTTCTCCATCACCCTG-3’, 서열 번호 125) 및 역방향 프라이머(5’-TCTTCGGTACCGGAAGCTGTT-3’, 서열 번호 126)를 사용하였다. PCR 수행 은 먼저, 94℃에서 4분 동안 predenature를 하고, 94℃에서 1분 동안 denature, 53℃에서 1분 동안 annealing 및 72℃에서 1분 동안 elongation을 40 cycle 수행한 후, 72℃에서 10분 동안 post-elongation의 조건으로 수행하였다.The myocardial cell line HL-1 cultured as above was treated with 100 nM endothelin-1 for 24 hours. Then, total RNA was isolated using RNeasy mini kit (Qiagen), and then 1 μg of total RNA was used as a template, and c-DNA synthesis was performed using M-MLV Reverse Transcriptase (Bioneer) to encode ANF protein. In this case, a primer (5'-GGCTCCTTCTCCATCACCCTG-3 ', SEQ ID NO: 125) and a reverse primer (5'-TCTTCGGTACCGGAAGCTGTT-3', SEQ ID NO: 126) were used. PCR was first performed with predenature for 4 minutes at 94 ° C, denature for 1 minute at 94 ° C, annealing for 1 minute at 53 ° C, and elongation for 1 minute at 72 ° C, followed by 10 cycles at 72 ° C. During post-elongation.
도 2b는 상기 ANF 단백질을 암호화하는 cDNA의 합성 결과를 나타낸다. endothelin-1을 처리하였을 때, 심근 비대증의 마커인 ANF를 암호화하는 유전자의 전사가 증가된 것을 알 수 있었으며, 이로부터, endothelin-1에 의하여 심근 비대증이 유도되었음을 확인할 수 있었다.
Figure 2b shows the results of the synthesis of cDNA encoding the ANF protein. When endothelin-1 was treated, it was found that the transcription of gene encoding ANF, a marker of myocardial hypertrophy, was increased. From this, it was confirmed that endothelin-1 induced myocardial hypertrophy.
실시예Example 2: 2차원 전기영동을 통한 단백질 분리 및 심근 비대증에 의한 차별 발현 단백질의 확인 2: Identification of Proteins by Two-Dimensional Electrophoresis and Differential Expression of Myocardial Hypertrophy
상기 실시예 1와 같이 endothelin-1을 처리한 심근 세포주 HL-1을 차가운 PBS로 3회 씻어준 후, lysis buffer(2 M urea, 2 M thiourea, 5% CHAPS, 50 mM DTT, 0.5% IPG buffer, protease inhibitor cocktail)에 상기 세포를 첨가한 다음, 초음파 분쇄하였다. 이후, 1시간 동안 상온에서 흔들어주고, 12,000 rpm에서 15분 동안 원심분리하여 상등액을 회수하였다. After washing the endothelin-1 treated myocardial cell line HL-1 three times with cold PBS as in Example 1, lysis buffer (2 M urea, 2 M thiourea, 5% CHAPS, 50 mM DTT, 0.5% IPG buffer) The cells were added to a protease inhibitor cocktail, and then ultrasonically crushed. Thereafter, the mixture was shaken at room temperature for 1 hour, and the supernatant was recovered by centrifugation at 12,000 rpm for 15 minutes.
IPG 스트립(pH 4-7, 13 cm, linear; GE Healthcare)을 밤새 rehydration solution(8M urea, 2% CHAPS, 0.5% IPG buffer (pH 4-7), 18 mM DTT, bromophenol blue)으로 재수화(rehydration)시켰다. 이후, Isoelectric focusing system(GE Healthcare)을 이용하여 100 V (3시간), 500 V (1시간), 1000 V (1시간), 2500 V (1시간), linear gradient로 8000 V (30분), 이후 100,000 Vh가 될 때까지 8000 V에서 분리하였다. Isoelectric focusing 후, IPG 스트립을 equilibration buffer(6M urea, 2% SDS, 75 mM Tris/HCl[pH8.8], 29.3% glycerol, 0.01% DTT, 0.02% bromophenol blue)에 담근 다음, 25℃에서 15분 동안 흔들어 주었다. 평형화가 끝난 후 IPG 스트립을 10% polyacrylamide gel(25 x 35 cm)에 올리고, 0.5%의 agarose 용액으로 실링한 다음, SE 600 Ruby electrophoresis system(GE Healthcare)에 전기영동 완충액(24 mM Tris, 192 mM glycine, 0.1% SDS)을 넣고 30분 동안 10 mA, 이후, bromophenol blue가 gel의 가장 아래 부분으로부터 0.5 cm에 해당하는 위치에 올 때까지 30 mA의 조건으로 전기영동을 실시하였다.Rehydrate IPG strips (pH 4-7, 13 cm, linear; GE Healthcare) overnight with rehydration solution (8M urea, 2% CHAPS, 0.5% IPG buffer (pH 4-7), 18 mM DTT, bromophenol blue) rehydration). Then, using the Isoelectric focusing system (GE Healthcare), 100 V (3 hours), 500 V (1 hour), 1000 V (1 hour), 2500 V (1 hour), 8000 V (30 minutes) with a linear gradient, Then it was separated at 8000 V until 100,000 Vh was reached. After isoelectric focusing, the IPG strips were soaked in equilibration buffer (6M urea, 2% SDS, 75 mM Tris / HCl [pH 8.8], 29.3% glycerol, 0.01% DTT, 0.02% bromophenol blue) and then 15 minutes at 25 ° C. Shook for a while. After equilibration, the IPG strips are placed on a 10% polyacrylamide gel (25 x 35 cm), sealed with 0.5% agarose solution, and then electrophoresis buffer (24 mM Tris, 192 mM) in SE 600 Ruby electrophoresis system (GE Healthcare). glycine, 0.1% SDS) was added for 10 minutes at 10 mA, and then electrophoresis was performed under conditions of 30 mA until bromophenol blue was 0.5 cm from the bottom of the gel.
이후, 분리한 gel을 실버 염색 키트(GE Healthcare)로 염색하였다. 실버 염색과정은 다음과 같다. 50% methanol, 12% acetic acid, 0.05% formaldehyde로 이루어진 용액에 2시간 이상 반응시켜 고정화(fixation)하고, 50% ethanol로 20분 동안 3회 세척한 후, 0.2% Sodium thiosulfate 용액으로 1분 동안 반응시켜 민감화(sensitizing)시켰다. 이후, 증류수로 세척한 다음, 0.1% silver nitrate, 0.075% formaldehyde(37%) 용액으로 20분 동안 반응시키고, 증류수로 다시 세척한 후, 미리 차갑게 만든 6% sodium carbonate, 0.075% formaldehyde(37%) 용액으로 약 7분 동안 반응시켜 가시화(developing)한 다음, 50% methanol, 12% acetic acid 용액으로 처리하여 반응을 정지시켰다. 이후, 실버 염색된 gel을 이미지 스캐너(GE Healthcare)로 스캔하였다. endothelin-1을 처리한 gel의 이미지를 Progenesis Workstation Software(Nonlinear Dynamics)를 이용하여 분석하였으며. 대조군과 endothelin-1을 처리한 gel을 비교하여 각 3개씩의 gel로부터 일관되게 변화하는 스팟을 차별 발현된 단백질로 선정하였다.Thereafter, the separated gel was stained with a silver staining kit (GE Healthcare). The silver dyeing process is as follows. After fixing for more than 2 hours to a solution consisting of 50% methanol, 12% acetic acid, 0.05% formaldehyde, washed three times for 20 minutes with 50% ethanol, and then for 1 minute with 0.2% Sodium thiosulfate solution Sensitizing. Thereafter, the mixture was washed with distilled water, and then reacted with 0.1% silver nitrate, 0.075% formaldehyde (37%) solution for 20 minutes, washed again with distilled water, and then pre-cold 6% sodium carbonate, 0.075% formaldehyde (37%). After reacting with the solution for about 7 minutes, the solution was visualized (developing), and then the reaction was stopped by treating with 50% methanol and 12% acetic acid solution. Thereafter, the silver stained gel was scanned with an image scanner (GE Healthcare). Images of endothelin-1 treated gels were analyzed using Progenesis Workstation Software (Nonlinear Dynamics). Compared to the control and endothelin-1 treated gels, the spots that were consistently changed from each of the three gels were selected as differentially expressed proteins.
상기 결과를 도 3에 나타내었으며, 서로 다르게 발현되는 스팟을 붉은색 원으로 표시하였다.
The results are shown in FIG. 3, and differently expressed spots are indicated by red circles.
실시예Example 3: 차별 발현된 단백질의 동정 및 분석 3: Identification and analysis of differentially expressed proteins
실시예 2에서 차별 발현된 것으로 선정한 스팟을 gel로부터 잘라낸 후, 30 mM potassium ferricyanide와 100 mM sodium thiosulfate를 1:1로 혼합한 용액으로 5분 동안 탈염색(destaining)시키고 증류수로 5분 동안 4회씩 세척하였다. 세척한 gel 조각을 200 mM ammonium bicarbonate 용액에 30분 동안 37 ℃에서 incubation한 다음, acetonitrile로 10분 동안 2회 탈수시켰다. 상기 탈수된 gel 조각을 25 mM ammonium bicarbonate에 용해된 10 ng/ul의 트립신으로 재수화시키고 이것을 밤새 37 ℃에서 incubation하여 펩티드로 분해시켰다. 60% acetonitril에 용해된 0.1% trifluoroacetic acid를 10분씩 3회 incubation하여 절단된 펩티드들을 새로운 튜브로 회수하고, 마지막으로 acetonitril을 이용하여 gel 조각을 탈수시킨 후, 새로운 튜브에 회수하였다. 수집한 상등액을 vacuum centrifuge를 이용하여 건조시켰다.The spots selected as differentially expressed in Example 2 were cut out from the gel, destained for 5 minutes with a solution of 30 mM potassium ferricyanide and 100 mM sodium thiosulfate in a 1: 1 mixture, and then distilled water four times for 5 minutes. Washed. The washed gel pieces were incubated in 200 mM ammonium bicarbonate solution at 37 ° C. for 30 minutes and then dehydrated twice with acetonitrile for 10 minutes. The dehydrated gel pieces were rehydrated with 10 ng / ul trypsin dissolved in 25 mM ammonium bicarbonate, which was incubated overnight at 37 ° C. to decompose into peptides. 0.1% trifluoroacetic acid dissolved in 60% acetonitril was incubated three times for 10 minutes to recover the cleaved peptides in a new tube. Finally, gel fragments were dehydrated using acetonitril and then recovered in a new tube. The collected supernatant was dried using a vacuum centrifuge.
상기 건조시킨 시료를 0.4% acetic acid에 용해시킨 후 Agilent Seires 1200LC system(Agilent Technologies)을 이용하여 5-40% acetonitril의 gradient로 40분 동안, 이후 40-80% acetonitril gradient로 10분 동안 펩티드를 분리하고, LTQ electrospray ionization linear single quadrupole ion-trap mass spectrometer(Thermo)를 이용하여 분석하였다.After dissolving the dried sample in 0.4% acetic acid, peptides were separated for 40 minutes with a gradient of 5-40% acetonitril using an Agilent Seires 1200LC system (Agilent Technologies) and then for 10 minutes with a 40-80% acetonitril gradient. LTQ electrospray ionization linear single quadrupole ion-trap mass spectrometer (Thermo) was used.
모든 MS/MS spectra는 SEQUEST 서치 엔진을 이용하여 International Protein Index mouse protein sequence database (IPI, version 3.24, European Bioinformatic Institute)를 이용하였으며 peptide mass tolerance는 3.0 Da, fragment ion mass tolerance는 1.0 Da와 methionine oxidation의 modification의 parameter를 조건으로 설정하였다.All MS / MS spectra were tested using the International Protein Index mouse protein sequence database (IPI, version 3.24, European Bioinformatic Institute) using the SEQUEST search engine. The peptide mass tolerance was 3.0 Da, the fragment ion mass tolerance was 1.0 Da and the methionine oxidation. The parameters of the modification were set as conditions.
상기 방법으로 검색한 단백질을 하기 표 1에 나타내었으며, accession number, 단백질의 분자량, pI, 검출된 폴리펩티드의 개수, 검출된 폴리펩티드의 전체 단백질에 대한 coverage, 2D에서의 intensity의 변화(나중 수치- 초기 수치)를 함께 나타내었다. 또한, 상기 검색한 단백질로부터 확인된 폴리펩티드 단편의 아미노산 서열 및 위치를 표 2에 표시하였다.The protein searched by the above method is shown in Table 1 below, and includes the accession number, the molecular weight of the protein, the pI, the number of polypeptides detected, the coverage of the detected polypeptides for the whole protein, and the intensity change in 2D Numerical values) together. In addition, the amino acid sequence and position of the polypeptide fragment identified from the searched protein are shown in Table 2.
(서열 번호 8)Isoform C of Lamin-A / C
(SEQ ID NO: 8)
(서열 번호 9)Heat shock protein 75 kDa
(SEQ ID NO: 9)
(서열 번호 10)Heat shock 70 kDa
(SEQ ID NO: 10)
(서열 번호 11)FK506-binding protein 4
(SEQ ID NO: 11)
(서열 번호 1)PDZ and
(SEQ ID NO: 1)
(서열 번호 2)ADP-ribosylhydrolase
(SEQ ID NO: 2)
(서열 번호 6)ATP synthase subunit beta, mitochondrial precursor
(SEQ ID NO: 6)
(서열 번호 12)Poly (ADP-ribose) glycohydrolase ARH3
(SEQ ID NO: 12)
(서열 번호 7)
(SEQ ID NO: 7)
No.Spot
No.
One
Isoform C of Lamin-A / C
2
Heat shock protein 75 kDa
3
Heat shock 70 kDa
5
PDZ and
6
ADP-ribosylhydrolase
7
Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase E
8
Eukaryotic
9
Ran-specific GTPase-activating protein
11
Poly (ADP-ribose) glycohydrolase ARH3
12
Ubiquitin thioesterase protein OTUB1
13
Isoform Short 14-3-3 protein β / γ
14
Isoform 1 of Astrocytic phosphoprotein PEA-15
서열목록 전자파일 첨부Attach an electronic file to a sequence list
Claims (7)
서열 번호 1의 아미노산 서열을 갖는 PDZ 및 LIM 도메인 단백질;
서열 번호 2의 아미노산 서열을 갖는 ADP-리보실히드롤라아제;
서열 번호 3의 아미노산 서열을 갖는 펩티딜-프롤릴 시스-트란스 이소머라아제 E;
서열 번호 4의 아미노산 서열을 갖는 진핵 세포의 번역 신장 인자 1 델타 이소폼 b;
서열 번호 5의 아미노산 서열을 갖는 Ran-특이적 GTPase-활성화 단백질;
서열 번호 6의 아미노산 서열을 갖는 ATP 신타아제 서브유닛 베타, 미토콘드리아 전구체;
서열 번호 8의 아미노산 서열을 갖는 라민-A/C의 이소폼 C 단백질;
서열 번호 9의 아미노산 서열을 갖는 75 kDa의 열충격 단백질;
서열 번호 10의 아미노산 서열을 갖는 열충격 70 kDa 단백질 14;
서열 번호 11의 아미노산 서열을 갖는 FK506-결합 단백질 4;
서열 번호 12의 아미노산 서열을 갖는 폴리(ADP-리보스)글리코히드롤라아제 ARH3;
서열 번호 13의 아미노산 서열을 갖는 유비퀴틴 티오에스테라아제 단백질 OTUB1; 및
서열 번호 14의 아미노산 서열을 갖는 이소폼 쇼트 14-3-3 단백질 β/α의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 단백질 또는 상기 단백질의 단편에 특이적으로 결합하는 항체를 더 포함하는 것인 키트.The method of claim 3,
PDZ and LIM domain proteins having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1;
ADP-ribosylhydrolase having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2;
Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase E having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3;
Translation elongation factor 1 delta isoform b of eukaryotic cells having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4;
Ran-specific GTPase-activating protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5;
ATP synthase subunit beta, mitochondrial precursor having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6;
Isoform C protein of Lamin-A / C having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8;
A 75 kDa heat shock protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9;
Heat shock 70 kDa protein 14 having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10;
FK506-binding protein 4 having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11;
Poly (ADP-ribose) glycohydrolase ARH3 having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12;
Ubiquitin thioesterase protein OTUB1 having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13; And
The kit further comprises an antibody that specifically binds to at least one protein selected from the group of isoform short 14-3-3 protein β / α or fragments of said protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 14.
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