KR101550098B1 - 급성 심장사 판별용 조성물 및 판별 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 HBA1/2, HBB 또는 PDK4 유전자를 마커로 하여 급성 심장사를 판별하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 사체 부검에 있어서, 해부학적으로는 판별이 어려운 경우에도 급성 심장사를 손쉽게 판별할 수 있다.

Description

급성 심장사 판별용 조성물 및 판별 방법{Composition for determining of sudden cardiac death and method for determining of sudden cardiac death}
본 발명은 급성 심장사를 판별하는 방법에 관한 것이다.
최근 법의학 분야, 특히 법의유전학 분야는 분자생물학적 지식의 축적과 분석 기법의 진보에 의해 매우 빠르게 발전해 왔다. 사망 후에도 상당 기간 안정적이기 때문에 다루기가 용이한 DNA와 비교할 때, 반감기가 짧고 RNA 분해효소에 의해 분해가 빠르게 일어나기 때문에 다루기가 어려운 RNA는 법의학에서 크게 주목받지 못하였다. 그러나 RNA가 우려했던 것보다 훨씬 안정적이라는 보고가 이어지고, 분석 기술의 발달로 미량의 RNA 시료에 대해서도 정량적인 분석이 가능해지면서 최근 사후 RNA 분석 기술의 개발 및 활용이 활성화되고 있다(Castensson et al., Genome Res 10:1219, 2000; Trotter et al., Brain Res 942:120, 2002). 특히 RT-PCR (reverse transcription- polymerase chain reaction) 기술의 발전에 힘입어 부검 조직으로부터 정량적인 RNA 분석의 민감도와 정확도가 크게 개선되면서, 사후 RNA 발현 양상의 분석이 주목을 받고 있다.
즉시형 초기 유전자(immediate early genes), 저산소증 유도 인자-1(hypoxia-inducible factor-1), 혈관 내피 성장 인자(vascular endothelial growth factor), 글루코스 트랜스포터-1(glucose transporter-1), DUSP 1(dual specificity phosphatase 1) 및 HSP(heat shock proteins) 등 상당수 유전자들의 사후 발현 양상이 특정한 죽음의 조건을 반영할 수 있다는 최근 결과들이 보고된 바 있다 (Zhao et al., Forensic Sci Int 177:176, 2008; Ikematsu et al., Forensic Sci Int 179:152, 2008; Takahashi et al., Leg Med 11:181, 2009; Miyazato et al., Int J Legal Med 126:581, 2012; Chung et al., Mol Cells 34:473, 2012).
그러나 사후 유전자 발현 양상에 근거한 분자병리학적 검사 기법을 실용화하는 데 있어서 민감도와 표준화의 문제가 남아 있으며, 정립된 법의학적 RNA 분자 표지 자체가 부족한 실정이다.
한편, 급성 심장사란 "해부학적인 심장의 병변 유무와 관계없이 사망 시간이나 양상을 전혀 예상하지 못하고 있는 상태에서 급성으로 발병하여 1시간 이내에 의식 소실과 함께 외부 원인이 없이 심장 기능의 이상으로 사망한 경우"를 의미한다. 심장질환으로 인한 내인성 급사는 국립과학수사연구원 전체 부검 증례의 20% 가량을 차지할 만큼 흔한 사인이다. 이 중에서, 관상동맥경화로 인해 좁아진 내강이 혈전에 의해 완전히 폐쇄된 소견과 더불어 심근에서 경색 소견을 확인할 수 있는 급성 심근경색(acute myocardial infarction, AMI) 및, 중등도 이상의 관상동맥경화 및 심근의 허혈성 변화가 나타나는 만성적인 허혈성 심장질환(chronic coronary disease, CCD)의 경우는 해부학적으로도 쉽게 판별할 수 있는 경우도 있으나, 그렇지 않은 경우가 훨씬 많다. 관상동맥경화의 경우에도 두 개의 관상동맥이 모두 심하게 좁아진 경우가 많으나, 한 개의 관상동맥만 심하게 좁아지기도 하며, 허혈성 심장질환이 지속된 시간과 관련하여 상당히 큰 개인차를 보인다. 또한, 부검까지 시행하고도 정확한 사인을 특정하기 어려운 경우가 있다.
급성 심장사를 판별하기 위한 마커로, 심장성 트로포닌 T가 알려져 있으나, 트로포닌 T의 경우에는 사후 12시간 이내라는 제한적인 조건 하에서만 가능하여 실용적으로는 활용하기 어려운 문제가 있다.
또한, 현재까지 헤모글로빈 A 1 또는 2, 헤모글로빈 B 및 피루빈산 탈수소화효소 키나아제 4 유전자와 급성 심장사 판별과의 관련성에 대해서는 알려진 바 없다.
1. 미국특허 공개 제2009-0317905호
따라서, 본 발명의 목적은 HBA1/2, HBB 및/또는 PDK4를 마커로 하여 급성 심장사를 판별하는 방법을 제공하는 것이다.
이에, 본 발명자들은 급성 심장사 판별을 위한 마커를 발굴하기 위하여, 대조군 및 실험군을 선정하고 대조군 및 실험군으로부터 RNA를 추출한 후, 마이크로어레이 분석을 통하여 유전자를 분석하였다. 구체적으로 대조군으로 외상에 의한 손상으로 사망한 경우(Traumatic death; TD), 실험군으로 만성 허혈성 심장질환(Chronic coronary disease; CCD)으로 인하여 사망한 경우 및 급성 심근경색(Acute myocardial infarction; AMI)으로 인하여 사망한 경우를 선정하였다. 그 결과, 대조군에 비하여 실험군에서 총 10개의 유전자가 차등 발현함을 알 수 있었다 (도 1). 이러한 결과를, 만성 허혈성 심장질환 또는 급성 심근경색 외의 원인을 알 수 없는 급성 심장사의 경우에 확장 적용하기 위하여 심장 기능 이상이 직접적인 사인으로 의심되지만 원인을 특정하기 어려운 급성 심장사(Sudden cardiac death; SCD)군을 선정하고, SCD군에서의 상기의 총 10개의 유전자의 mRNA 수준을 분석하였다. 그 결과, 대조군인 TD군에 비하여 급성 심장사 군에서 헤모글로빈 아형인 HBA1(hemoglobin alpha 1), HBA2 ((hemoglobin alpha 2), 또는 HBB (hemoglobin beta) 유전자의 mRNA 수준이 높고, 피루빈산 탈수소화효소 키나아제 아형인 PDK4(pyruvate dehydrogenase kinase 4) 유전자의 mRNA 수준이 낮음을 확인하고 본 발명을 완성하였다 (도 2).
따라서, 본 발명은 HBA1/2 (hemoglobin alpha 1/2), HBB 및 PDK4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 유전자에 대한 프로브를 포함하는 급성 심장사 판별용 조성물을 제공한다.
본 발명에서 급성 심장사란 해부학적인 심장의 병변 유무와 관계없이 사망 시간이나 양상을 전혀 예상하지 못하고 있는 상태에서 급성으로 발병하여 1시간 이내에 의식 소실과 함께 외부 원인이 없이 심장 기능의 이상으로 사망한 경우를 의미하는 것으로, 여기에는 관상동맥 질환, 심비대, 심전도계 장애, 만성 허혈성 심장질환 또는 급성 심근경색으로 인한 경우 등을 포함한다. 즉, 본 발명에서 급성 심장사는 결과적으로 심장 무수축 또는 심실세동과 같은 치명적인 심부정맥으로 사망한 경우를 제한 없이 포함한다. HBA1 및 HBA2의 경우 서로 다른 헤모글로빈 아형이지만, 염기서열이 동일하므로 본 발명에서는 HBA1 및 HBA2 유전자를 함께 HBA1/2로 표시한다. 위에서 언급한 바와 같이, 급성 심장사 군에서 특이적으로 HBA1/2 및 HBB 유전자의 mRNA 수준이 높고, PDK4 유전자의 mRNA 수준이 낮으므로 이들을 마커로 하여 급성 심장사를 판별할 수 있다.
본 발명에서 프로브란 mRNA와 특이적 결합을 이룰 수 있는 짧게는 수 염기 내지 길게는 수백 염기에 해당하는 RNA 또는 DNA 등의 핵산 단편을 의미한다. 라벨링되어 있어서 특정 mRNA의 존재 유무를 확인할 수 있는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide) 프로브, 단쇄 DNA(single stranded DNA) 프로브, 이중쇄 DNA(double stranded DNA) 프로브, RNA 프로브 등의 형태와 역전사 중합효소 연쇄반응(reverse transcription-polymerase chain reaction, RT-PCR)에 이용될 수 있는 프라이머의 형태를 포함한다. 본 발명의 프라이머 또는 프로브는 공지된 방법을 사용하여 화학적으로 합성할 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 프로브는 HBA1/2, HBB 또는 PDK4유전자의 mRNA에 상보적인 센스 및/또는 안티센스 프라이머일 수 있다. 센스 또는 안티센스 프라이머를 단독으로 포함할 수도 있고, 센스 및 안티센스 프라이머를 함께 포함할 수도 있다.
본 발명에서 프라이머란 짧은 자유 3 말단 수산화기(free 3' hydroxyl group)을 가지는 핵산 서열로서, 상보적인 주형(template)과 염기쌍(base pair)을 형성할 수 있고 주형 가닥 복사를 위한 시작 지점으로 기능을 하는 짧은 핵산 서열을 의미한다. 프라이머는 적절한 완충용액 및 온도에서 중합반응을 위한 시약(DNA 중합효소 또는 역전사효소) 및 상이한 4가지 dNTP(deoxynuleoside triphosphate)의 존재 하에서 DNA 합성을 개시할 수 있다. 본 발명의 프라이머는 각 마커, HBA1/2, HBB 또는 PDK4유전자에 특이적인 프라이머로, 바람직하게 7개 내지 50개의 뉴클레오타이드 서열을 가진 센스(전향) 및 안티센스(후향) 핵산으로 구성될 수 있다. 프라이머는 DNA 합성의 개시점으로 작용하는 프라이머의 기본 성질을 변화시키지 않는 추가의 특징을 혼입할 수 있다. 또한, 본 발명의 프라이머 핵산 서열은, 필요한 경우 분광학적, 광화학적, 생화학적, 면역화학적 또는 화학적 수단에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 검출 가능한 표지를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 급성 심장사 판별용 조성물은 HBA1/2, HBB 및 PDK4의 유전자에 대한 프로브를 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 세 가지 마커를 모두 포함하는 경우 급성 심장사 판별의 민감도 및 특이도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 또한, HBA1/2, HBB 및/또는 PDK4 유전자에 대한 프로브를 포함하는 급성 심장사 판별용 키트 또는 판별 시스템을 제공한다.
본 발명의 한 구체예에서, 급성 심장사 판별용 키트는 통상적인 mRNA 정량 분석에 기반한 진단 키트를 제한 없이 포함한다. 예를 들어, RT-PCR 키트 또는 마이크로어레이 키트일 수 있다. RT-PCR 키트의 경우, 마커 유전자에 대한 특이적인 각각의 프라이머 쌍 외에도 테스트 튜브 또는 다른 적절한 컨테이너, 반응 완충액, 데옥시뉴클레오티드(dNTP), Taq-폴리머라아제 및 역전사 효소와 같은 효소, DNase, RNase 억제제, 멸균수 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 사체 부검에 있어서, 급성 심장사 판별용 조성물을 생물학적 시료와 접촉시키는 단계, 및 상기 생물학적 시료 내 HBA1/2, HBB 및/또는 PDK4 유전자 수준을 급성 심장사로 사망한 경우가 아닌 대조시료의 해당 HBA1/2, HBB 및/또는 PDK4 유전자 수준과 비교하는 단계를 포함하는 급성 심장사 판별 방법을 제공한다. 생물학적 시료와 대조시료의 HBA1/2, HBB 및 PDK4 중 하나 이상의 유전자 수준을 비교하여 급성 심장사를 판별할 수 있다. 예를 들어, 생물학적 시료의 HBA1/2 유전자 수준을 대조시료의 HBA1/2 유전자 수준과 비교하거나, 생물학적 시료의 HBB 유전자 수준을 대조시료의 HBB 유전자 수준과 비교하거나, 생물학적 시료의 PDK4 유전자 수준과 대조시료의 PDK4 유전자 수준을 비교할 수 있다. 또한, 생물학적 시료의 HBA1/2 및 HBB 유전자 수준과 대조시료의 HBA1/2 및 HBB 유전자 수준을 비교하거나, 생물학적 시료의 HBA1/2 및 PDK4 유전자 수준과 대조시료의 HBA1/2 및 PDK4 유전자 수준을 비교하거나, 생물학적 시료의 HBB 및 PDK4 유전자 수준과 대조시료의 HBB 및 PDK4 유전자 수준을 비교할 수 있다. 또한, 생물학적 시료의 HBA1/2, HBB 및 PDK4 유전자 수준과 대조시료의 HBA1/2, HBB 및 PDK4 유전자 수준을 비교할 수 있다. 본 명세서에서, 급성 심장사로 사망한 경우가 아닌 대조시료란 급성 심장사 의외의 사망 원인이 분명한 경우를 의미한다. 예를 들어, 내인성, 외인성 심장 손상이 없는 외상성 손상에 의하여 사망한 경우가 이에 포함된다.
HBA1/2, HBB 및/또는 PDK4 유전자 수준을 측정하기 위한 하나의 방법으로 mRNA 수준을 측정할 수 있다. 이때, 분석 방법으로는 RT-PCR, 경쟁적 RT-PCR, RNase 보호 분석법, 노던 블랏팅, DNA 칩, 나노스트링, 또는 RNA 서열을 이용한 RNA 분석법 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 검출 방법들을 통해서 급성 심장사 후보군의 생물학적 시료의 mRNA 발현량과 대조 시료에서의 mRNA 발현량을 확인할 수 있고, 이들 발현량의 정도를 비교함으로써 급성 심장사로 사망하였는지 여부를 판별할 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 생물학적 시료는 심근 조직일 수 있다. 급성 심장사 판별 마커로서, HBA1/2, HBB 또는 PDK4 유전자의 발현이 조직 특이적인지 알아보기 위하여 급성 심장사 군과 대조군으로 TD군의 심근 및 대뇌 조직으로부터의 HBA1/2, HBB 또는 PDK4유전자의 mRNA 수준을 정량적 RT-PCR을 수행하여 분석하였다. 그 결과, 심근 조직에서는 마이크로어레이 분석에서와 같이, 대조군에 비하여 급성 심장사 군에서 HBA1/2 및 HBB유전자의 mRNA 수준이 높고, PDK4 유전자의 mRNA 수준이 낮은 반면에, 대뇌 조직에서는 상기 3종의 유전자의 차등적 양상이 나타나지 않음을 알 수 있었다. 이러한 결과로부터, 상기의 마커의 mRNA 수준은 심근 조직에서 특이적임을 알 수 있다 (도 3).
본 발명의 한 구체예에서, 생물학적 시료의 HBA1/2 및/또는 HBB 유전자 수준이 대조시료의 HBA1/2 및/또는 HBB 유전자 수준보다 높은 경우를 급성 심장사로 판별할 수 있다. 예를 들어, 생물학적 시료의 HBA1/2 유전자 수준이 대조시료의 HBA1/2 유전자 수준보다 높은 경우, 생물학적 시료의 HBB 유전자 수준이 대조 시료의 HBB 유전자 수준보다 높은 경우, 또는 생물학적 시료의 HBA1/2 유전자 수준이 대조시료의 HBA1/2 유전자 수준보다 높음과 동시에 생물학적 시료의 HBB 유전자 수준이 대조시료의 HBB 유전자 수준보다 높은 경우를 급성 심장사로 판별할 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 생물학적 시료의 HBA1/2 및/또는 HBB 유전자 수준이 대조시료의 HBA1/2 및/또는 HBB 유전자 수준보다 2배 이상 높은 경우, 급성 심장사로 판별할 수 있다. 예를 들어, 생물학적 시료의 HBA1/2 유전자 수준이 대조시료의 HBA1/2 유전자 수준보다 2배 이상 높은 경우, 생물학적 시료의 HBB 유전자 수준이 대조 시료의 HBB 유전자 수준보다 2배 이상 높은 경우, 또는 생물학적 시료의 HBA1/2 유전자 수준이 대조시료의 HBA1/2 유전자 수준보다 2배 이상 높음과 동시에 생물학적 시료의 HBB 유전자 수준이 대조 시료의 HBB 유전자 수준보다 2배 이상 높은 경우를 급성 심장사로 판별할 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 생물학적 시료의 PDK4 유전자 수준이 대조시료의 PDK4 유전자 수준보다 낮은 경우를 급성 심장사로 판별할 수 있다. 예를 들어, 생물학적 시료의 PDK4 유전자 수준이 대조시료의 PDK4 유전자 수준보다 1/2 이하인 경우를 급성 심장사로 판별할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, HBA1/2, HBB 또는 PDK4 유전자 각각을 하나의 마커로 하여 급성 심장사를 판별할 수도 있고, HBA1/2, HBB 및 PDK4 유전자 중에서 둘 이상을 마커로 하거나, HBA1/2, HBB 및 PDK4를 동시에 마커로 하여 급성 심장사를 판별할 수 있다. 세 가지를 모두 포함하여 급성 심장사를 판별하는 경우 급성 심장사 판별의 민감도 및 특이도를 향상시킬 수 있다.
따라서, 생물학적 시료의 HBA1/2 및 HBB 유전자 수준이 대조시료의 HBA1/2 및 HBB 유전자 수준보다 높고 생물학적 시료의 PDK4 유전자 수준이 대조시료의 PDK4 유전자 수준보다 낮은 경우를 급성 심장사로 판별할 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 시료 내 HBA1/2, HBB 및 PDK4의 유전자 수준이 하기 식 1의 i), ii) 및 iii)를 만족하는 경우를 급성 심장사로 판별할 수 있다.
[식 1]
Figure 112013067931026-pat00001

상기 식 1에서, A는 생물학적 시료의 HBA1/2의 유전자 수준, a는 대조시료의 HBA1/2의 유전자 수준, B는 생물학적 시료의 HBB의 유전자 수준, b는 대조시료의 HBB의 유전자 수준, C는 생물학적 시료의 PDK4의 유전자 수준 및 c는 대조시료의 PDK4의 유전자 수준을 의미한다.
본 발명의 한 구체예에서, 시료 내 HBA1/2, HBB 및 PDK4 유전자 수준이 하기 식 2의 i) 및 ii) 중 하나 이상을 만족하는 경우를 급성 심장사로 판별할 수 있다.
[식 2]
Figure 112013067931026-pat00002
상기 식 2에서, D는 대조시료에 대한 생물학적 시료의 HBA1/2의 상대적인 유전자 발현 수준, E는 대조시료에 대한 생물학적 시료의 HBB의 상대적인 유전자 발현 수준, F는 대조시료에 대한 생물학적 시료의 PDK4의 상대적인 유전자 발현 수준을 의미한다.
사망 후 RNA의 분해 속도는 개인마다 차이가 있을 수 있으며, 사망 경과 시간, 온도 또는 습도 등 주변 환경에 따라서도 달라질 수 있다. 따라서, HBA1/2, HBB 또는 PDK4의 mRNA 수준을 측정하여 대조시료와 각각 비교하는 것보다 HBA1/2 또는 HBB와 PDK4의 상대적 mRNA 발현비, 즉 대조시료에 대한 HBA1/2 또는 HBB의 상대적인 mRNA 수준을 PDK4의 상대적인 mRNA 수준으로 나눈 값을 지표로 사용하는 경우 조건에 따른 오차를 줄여 보다 급성 심장사 판별의 특이도 및 민감도를 높일 수 있다 (도 4).
본 발명에 따르면 사체 부검에 있어서, 해부학적으로는 급성 심장사의 판별이 어려운 경우에도 급성 심장사를 손쉽게 판별할 수 있다.
도 1은 손상사(TD), 만성 허혈성 심장질환(CCD) 및 급성 심근경색(AMI)군을 대상으로 심근 조직의 mRNA 발현 양상을 마이크로어레이 법으로 분석한 결과를 보여준다. 도 1a및 1b는 TD군데 비하여 급성 심장사에 속하는 CCD 및 AMI 군에서 공통적으로 차등 발현하는 유전자를 나타낸 것이고, 도 1c는 이들의 발현 양상을 막대 그래프로 도시한 것이다.
도 2는 TD 군에 비하여 급성 심장사(SCD)군에서의 유전자 mRNA 수준을 분석한 결과를 보여준다. 도 2a는 평균과 표준편차로 나타낸 막대 그래프이고, 도 2c는 중간값과 사분위 분포로 나타낸 상자-수염 그래프(box-whisker plot)이다.
도 3은 TD 및 SCD 군에 있어서, 심근 및 대뇌피질 조직에서의 HBA1/2, HBB 및 PDK4의 발현 양상을 정량적 RT-PCR 법으로 분석한 결과를 보여준다.
도 4는 TD 및 SCD 군에 있어서, HBA1/2 혹은 HBB의 상대적 mRNA수준과 PDK4 mRNA의 상대적 mRNA 수준 사이의 비율을 나타낸다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
[ 실시예 ]
[ 실시예 1] 급성 심장사 판별 마커 후보군 선정
급성 심장사 판별 마커의 후보군을 선정하기 위해서, 외상에 의한 손상사, 만성 허혈성 심장질환으로 인하여 사망한 군 및 급성 심근경색으로 인하여 사망한 군으로부터 RNA를 추출한 후, 마이크로어레이 분석을 통하여 대조군인 손상사에 비하여 심장질환으로 사망한 경우에 있어서 차등 발현되는 유전자군을 분석하였다.
검체 준비
본 실시예에서는 국립수사연구원이 제공한 부검 증례들 중 사후 4일 이내의, 32세~69세 남성 사체로부터 경색에 의한 세포 괴사 조직을 포함하지 않는(non-infarcted) 좌심실 심근 및 대뇌피질 후두부 조직을 채취하였다. 본 연구에 이용된 증례의 사인은 1) 손상사(traumatic death, TD, n=16), 2) 만성적인 허혈성 심장질환(chronic coronary disease, CCD, n=19) 및 3) 급성 심근경색(acute myocardial infarction, AMI, n=15)의 소견이 확정된 경우를 대상으로 하였다. 구체적인 실험군의 나이, 심장 무게, 관상동맥 경화도 및 좌심실벽 두께에 대한 정보를 하기 표1에 나타내었다. TD 군은 사인이 될 정도로 심각한 심장의 질환이 없는 외상성 손상사에 해당하는 경우이다. CCD는 허혈성 심장질환의 흔적이 존재하며 사망원인이 허혈성 심장질환의 악화에 의한 것으로 추정되지만 심근의 괴사가 없고 관상동맥의 막힘이 중등도인 경우이다. AMI는 관상동맥의 고도경화와 함께 뚜렷한 심근 괴사 및 관상동맥 내 혈전이 발견되는 경우이다. 적출된 조직들은 즉시 RNAlaterTM 용액(QIAGEN)을 4℃에서 16시간 동안 처리한 후 -70℃에 냉동보관 하였다.
Figure 112013067931026-pat00003

RNA 추출
-70℃에서 보관된 심근 조직 50~100mg을 크라이오 튜브(cryo tube)에 넣고, 액체 질소에 10분 동안 방치하여 급속 냉각시킨 후, SKMILL-200 (Tokken Inc)을 이용하여 조직을 분쇄하였다. 이후 분쇄된 조직으로부터 micro RNeasy mini kit (QIAGEN)를 사용하여 제조사의 표준 프로토콜에 의거 총 RNA를 분리하였다. 분리된 총 RNA는 흡광도 측정을 통해 농도를 결정하였다.
마이크로어레이 분석
마이크로어레이를 이용한 대단위 mRNA 발현 양상 분석은 기본적으로 본 발명자가 이전에 보고한 방법에 의거하여 수행하였다(Chung et al., Mol Cells 34:473, 2012). TD, CCD, AMI 실험군은 개별 편차를 상쇄하기 위하여 각각 4~5 검체에서 추출된 동량의 심근 RNA를 혼합하여 하나의 시료를 구성하였는데, 각 실험군 당 세 종류의 상이한 시료를 구성하여 마이크로어레이 실험에 독립적으로 사용하였다. 동일 혼합시료에 대해 마이크로어레이 실험은 독립적으로 2회 반복하였다. 마이크로어레이 분석은 Affymetrix GeneChip Expression Analysis Manual에 의거하여 이루어졌는데, 반응 당 200 ng의 총 RNA를 증폭 및 표지하여 사용하였다. 본 실시예에서 사용된 마이크로어레이는 Affymetrix사의 GeneChip Human Gene 1.0 ST Arrays이다.
그 결과, TD 대조군에 비하여 심장사에 속하는 CCD 및 AMI 군에서 공통적으로 차등 발현되는 유전자 10종을 후보로 선정하고 (도 1a 및 1b) 이들의 발현 양상을 막대 그래프로 도시하였다 (도 1c). OGN, ASPN, MFAP5, HBB, HBA1/2의 6종의 유전자 발현 수준은 CCD 및 AMI 군에서 1.5배 이상 높으며, 이에 비해 PPP1R1A, AREG, PDK4, B3GNT5, NR4A2 등 5종의 유전자는 2/3 이하로 낮은 양상을 나타낸다. HBA1과 HBA2는 염기서열이 동일하므로 본 발명에서는 단일 지표로 취급하였다.
모든 유전자 명은 GenBank 데이터베이스에서 사용하는 공식적인 유전자 기호로 표기하였다.
각 실험군 사이의 mRNA의 수준 차이는 스튜던트 티-테스트(Student's t-test)에 의해 통계적으로 검증되었으며 p<0.05인 경우 통계적으로 유의하다고 판정하였다.
[ 실시예 2] 급성 심장사 판별 마커 확인
실시예 1에서 선정된 10종의 후보 유전자들을 대상으로 TD군을 대조군으로 하여, 급성 심장사(sudden cardiac death; SCD)군에서의 상대적 mRNA 수준을 측정하였다.
검체는 실시예 1과 동일하게 국립수사연구원이 제공한 부검 증례들 중 사후 4일 이내인 사체로부터 경색에 의한 세포 괴사 조직을 포함하지 않는(non-infarcted) 좌심실 심근 조직을 채취하였다. 대조군으로 TD 군, 실험군으로 형태적, 생화학적, 독성학적 소견이 급성 심장사(sudden cardiac death, SCD, n=23)로 분류된 증례들을 사용하였다. SCD는 다소 간의 심비대 현상은 발견되지만 해부학적, 독물학적, 약리학적으로 뚜렷한 사인이 나타나지 않아 배제적으로 급성 심장사로 추정된 경우이다. 적출된 조직들은 즉시 RNAlaterTM 용액(QIAGEN)을 4℃에서 16시간 동안 처리한 후 -70℃에 냉동 보관하였다.
실시예 1에서와 같이 RNA를 추출하고 마이크로어레이 분석을 수행하였다 (도 2). TD 군의 평균 측정치에 대한 SCD 군에서의 상대적인 mRNA 수준을 막대그래프(평균 및 표준오차 표기, 도 2a) 혹은 상자-수염그래프(box-whisker plot; 중간값 및 사분위 표기, 도 2b)로 도시한 결과, 헤모글로빈 아형인 HBA1/2 (2.273 ± 0.197배) 및 HBB (2.371 ± 0.200배) mRNA 발현이 SCD 군에서 유의하게 높은 수준이었으며, 이에 비해 피루빈산 탈수소효소 키나아제 아형인 PDK4 (0.500 ± 0.169배) mRNA 발현이 유의한 수준으로 낮은 것으로 나타났다.
이러한 결과는, HBA1/2, HBB 및 PDK4가 급성 심장사 판별을 위한 마커로 사용될 수 있음을 의미한다.
[ 실시예 3] 심근 및 대뇌 피질에서의 정량적 RT - PCR
실시예 2에서 확인한 HBA1/2, HBB 및 PDK4가 급성 심장사 마커임을 최종적으로 확인하고자, TD 군과 SCD 군의 심근 조직 및 대뇌 조직의 RNA로부터 상기 HBA1/2, HBB 및 PDK4의 후보 유전자들의 발현 양상을 각 검체 별로 정량적 RT-PCR을 수행하였다. 실시예 1 에서의 심근 조직과 같이, 대뇌 조직도 50~100 mg을 크라이오 튜브(cryo tube)에 넣고, 액체 질소에 10분 간 방치하여 급속 냉각시킨 후, SKMILL-200 (Tokken Inc)을 이용하여 조직을 분쇄하였다. 이후 분쇄된 조직으로부터 micro RNeasy mini kit (QIAGEN)를 사용하여 제조사의 표준 프로토콜에 의거 총 RNA를 분리하였다. 분리된 총 RNA는 흡광도 측정을 통해 농도를 결정하였다.
정량적 RT-PCR 은 본 발명자가 이전에 보고한 방법에 의거하여 수행하였다(Chung et al., Mol Cells 34:473, 2012). MMLV 역전사 효소 (Promega)를 사용하여 시료별로 1 ㎍의 총 RNA에 대해 랜덤 프라이밍(random priming) 방법으로 역전사 반응을 수행하여 cDNA를 합성하였다. 분주된 cDNA 시료를 대상으로 SYBR Green I PCR master mixture (Life Technologies)와 유전자 특이적 프라이머를 이용하여 정량적 실시간 PCR을 수행하여 cDNA 시료에 포함되어 있는 해당 mRNA의 수준을 측정하였다. PCR 반응은 50℃에서 2분, 90℃에서 10분을 반응시킨 후, 95℃에서 15초, 62℃에서 30초, 72℃에서 30초의 순환 반응을 50회 실시하였다. HBA1/2, HBB, PDK4 mRNA의 상대적인 수준은 GAPDH의 수준에 의해 표준화되었다. PCR 산물은 염기서열 분석을 통해 유전자 특이적 증폭을 확인하였으며 본 PCR 반응에 사용된 프라이머의 염기서열은 다음과 같이 예시한다.
서열번호 1: 5'-TTA AGG GCC ACG GCA AGA AG-3' (HBA1/2-F)
서열번호 2: 5'-GCA GTG GCT TAG GAG CTT GA-3' (HBA1/2-R)
서열번호 3: 5'-GTG AAC GTG GAT GAA GTT GG-3' (HBB-F)
서열번호 4: 5'-ACT TTC TTG CCA TGA GCC TT-3' (HBB-R)
서열번호 5: 5'-GCT GAT GAA CCA GCA CAT TC-3' (PDK4-F)
서열번호 6: 5'-CAC TCA AAG GCA TCT TGG AC-3' (PDK4-R)
서열번호 7: 5'-ATG TTC GTC ATG GGT GTG AA-3' (GAPDH-F)
서열번호 8: 5'-GGT GCT AAG CAG TTG GTG GT-3' (GAPDH-R)
이 과정에서 해당 실험군 내에서 후두부 대뇌피질 조직이 가용한 검체에 대해서는 상기 3종의 후보 유전자의 대뇌에서의 mRNA 발현 양상 역시 정량적 RT-PCR 법을 이용하여 분석하였다. 대뇌 조직의 경우 TD 군에서 13, SCD 군에서 15 증례의 검체가 가용하였다. 각각의 유전자 발현은 하우스키핑 유전자(housekeeping gene)인 GAPDH로 표준화하였으며, 대조군인 TD 그룹 관측치의 평균을 1로 하여 상대적인 발현량으로 표기하였다 (도 3)
도 3a에 도시된 바와 같이 심근 조직의 경우, 정량적 RT-PCR 법을 통해서도 마이크로어레이 분석의 경우와 유사한 양상을 나타내었다. HBA1/2 및 HBB mRNA는 TD 군에 비해 SCD 군에서 유의한 수준으로 높게 나타났으며, PDK4 mRNA 발현 수준은 이와 반대로 SCD 군에서 더 낮게 나타났다. 유전자별 증감폭은 1) HBA1/2: 4.183 ± 1.111배, 2) HBB: 6.262 ± 1.897배, 3) PDK4: 0.269 ± 0.111배로 측정되었다. 이에 비해 대뇌피질 조직에서는 3종의 유전자 모두 사인에 따라 차등적 발현 양상이 나타나지 않은 것으로 보아(도 3b) 심근 조직에서 발견되는 상기 3종 유전자의 차등적 발현 양상은 조직 특이적인 것임을 알 수 있었다.
각 실험군 사이의 mRNA 수준 차이는 스튜던트 티-테스트 (Student's t-test)에 의해 통계적으로 검증되었으며 p<0.05인 경우 통계적으로 유의하다고 판정하였다.
[ 실시예 4] 헤모글로빈과 피루빈산 탈수소효소 키나아제 아형의 발현 양상에 대한 통합 지표 검증
실시예 3을 통해 확인한 바와 같이, 본 발명이 포함하는 HBA1/2와 HBB mRNA 발현 수준은 SCD 군에서 유의하게 높은 양상을 보이는데 비하여, 동일 시료에서 PDK4 mRNA는 낮은 수준을 나타내었다. 이를 토대로, 보다 실용적이고 효율적인 통합 지표를 활용하기 위하여 HBA1/2 및 HBB유전자의 상대적 mRNA 수준을 PDK4의 상대 수준으로 나눈 값을 지표로 하여 정량적 RT-PCR을 수행하였다 (도 4).
PT-PCR 수행 결과를 도 4에 도시하였다. 회색 점은 개별 검체에서 측정된 값이며, 검은색 점은 평균을 의미하고 편차는 각 분포의 95% 신뢰구간을 의미한다. 그 결과 대조시료에 대한 HBA1/2 혹은 HBB mRNA의 상대량을 PDK4 mRNA의 상대량으로 나눈 값이 10 이상일 경우 심장 기능 이상에 의해 사망하였음을 추정할 수 있다 (도 4).
<110> KOREA UNIVERSITY RESEARCH AND BUSINESS FOUNDATION <120> Composition for determining of sudden cardiac death and method for determining of sudden cardiac death <130> P130684 <160> 8 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HBA1/2 forward primer <400> 1 ttaagggcca cggcaagaag 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HBA1/2 reverse primer <400> 2 gcagtggctt aggagcttga 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HBB forward primer <400> 3 gtgaacgtgg atgaagttgg 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HBB reverse primer <400> 4 actttcttgc catgagcctt 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PDK4 forward primer <400> 5 gctgatgaac cagcacattc 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PDK4 reverse primer <400> 6 cactcaaagg catcttggac 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH forward primer <400> 7 atgttcgtca tgggtgtgaa 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH reverse primer <400> 8 ggtgctaagc agttggtggt 20

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. HBA1(hemoglobin alpha 1) 유전자에 대한 프로브, HBA2(hemoglobin alpha 2) 유전자에 대한 프로브, HBB(hemoglobin beta) 유전자에 대한 프로브 및 PDK4(pyruvate dehydrogenase kinase 4) 유전자에 대한 프로브로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 프로브를 포함하는 급성 심장사 판별용 키트.
  5. 제4항에 있어서,
    프로브는 HBA1 유전자, HBA2 유전자, HBB 유전자 또는 PDK4 유전자의 mRNA에 상보적인 센스 및/또는 안티센스 프라이머인 급성 심장사 판별용 키트.
  6. 제4항에 있어서,
    키트는 RT-PCR 키트 또는 마이크로어레이 키트인 급성 심장사 판별용 키트.
  7. HBA1 유전자에 대한 프로브, HBA2 유전자에 대한 프로브, HBB 유전자에 대한 프로브 및 PDK4 유전자에 대한 프로브로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 프로브를 사체로부터 수득한 생물학적 시료와 접촉시키는 단계; 및
    상기 생물학적 시료 내 HBA1, HBA2, HBB 및 PDK4 로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 유전자 발현 수준을 급성 심장사로 사망한 경우가 아닌 대조시료의 상응하는 유전자 발현 수준과 비교하는 단계를 포함하는 급성 심장사 판별을 위한 정보의 제공 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    생물학적 시료는 심근 조직인 급성 심장사 판별을 위한 정보의 제공 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    생물학적 시료의 HBA1 또는 HBA2 유전자 발현 수준이 대조시료의 HBA1 또는 HBA2 유전자 발현 수준보다 높거나, 생물학적 시료의 HBB 유전자 발현 수준이 대조시료의 HBB 유전자 발현 수준보다 높은 경우가 급성 심장사 판별의 지표인 급성 심장사 판별을 위한 정보의 제공 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    생물학적 시료의 HBA1 또는 HBA2 유전자 발현 수준이 대조시료의 HBA1 또는 HBA2 유전자 발현 수준보다 2배 이상 높거나, 생물학적 시료의 HBB 유전자 발현 수준이 대조시료의 HBB 유전자 발현 수준보다 2배 이상 높은 경우가 급성 심장사 판별의 지표인 급성 심장사 판별을 위한 정보의 제공 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    생물학적 시료의 PDK4 유전자 발현 수준이 대조시료의 PDK4 유전자 발현 수준보다 낮은 경우가 급성 심장사 판별의 지표인 급성 심장사 판별을 위한 정보의 제공 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    생물학적 시료의 PDK4의 유전자 발현 수준이 대조시료의 PDK4의 유전자 발현 수준보다 1/2 이하인 경우가 급성 심장사 판별의 지표인 급성 심장사 판별을 위한 정보의 제공 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    생물학적 시료의 HBA1 또는 HBA2 유전자 발현 수준, 및 HBB 유전자 발현 수준이 대조시료의 HBA1 또는 HBA2 유전자 발현 수준, 및 HBB 유전자 발현 수준보다 높고, 생물학적 시료의 PDK4 유전자 발현 수준이 대조시료의 PDK4 유전자 발현 수준보다 낮은 경우가 급성 심장사 판별의 지표인 급성 심장사 판별을 위한 정보의 제공 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    시료 내 HBA1, HBA2, HBB 및 PDK4의 유전자 발현 수준이 하기 식 1의 i), ii) 및 iii)를 만족하는 경우가 급성 심장사 판별의 지표인 급성 심장사 판별을 위한 정보의 제공 방법:
    [식 1]
    Figure 112015061740503-pat00004


    상기 식 1에서, A는 생물학적 시료의 HBA1 또는 HBA2의 유전자 발현 수준, a는 대조시료의 HBA1 또는 HBA2의 유전자 발현 수준, B는 생물학적 시료의 HBB의 유전자 발현 수준, b는 대조시료의 HBB의 유전자 발현 수준, C는 생물학적 시료의 PDK4의 유전자 발현 수준 및 c는 대조시료의 PDK4의 유전자 발현 수준을 의미한다.
  15. 제7항에 있어서,
    시료 내 HBA1, HBA2, HBB 및 PDK4 유전자 발현 수준이 하기 식 2의 i) 및 ii) 중 하나 이상을 만족하는 경우가 급성 심장사 판별의 지표인 급성 심장사 판별을 위한 정보의 제공 방법:
    [식 2]
    Figure 112015061740503-pat00005

    상기 식 2에서, D는 대조시료에 대한 생물학적 시료의 HBA1 또는 HBA2의 상대적인 유전자 발현 수준, E는 대조시료에 대한 생물학적 시료의 HBB의 상대적인 유전자 발현 수준, F는 대조시료에 대한 생물학적 시료의 PDK4의 상대적인 유전자 발현 수준을 의미한다.
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Adv. Drug. Deliv. Rev., Vol. 62, Issue 9-10, pp. 956-966 (2010.07.31.)
Physiol. Geonmics., Vol. 21, No. 3, pp. 299-307 (2005.05.11.)

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