KR20040025183A - Method And DNA Chip For Monitoring Response of Irradiation on Cancer Patients Using Antioxidant Gene Expression Analysis - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method and a DNA chip for monitoring a response of cancer patients to irradiation therapy using antioxidant gene expression analysis are provided, thereby accurately anticipating the response to irradiation therapy and minimizing adverse side-effects thereof. CONSTITUTION: A method for monitoring a response of cancer patients to irradiation therapy comprises the steps of: collecting a peripheral blood cell from human; irradiating the peripheral blood cell; extracting RNA according to the time period; preparing DNA from the RNA; hybridizing the DNA with antioxidant enzyme cDNA; amplifying the hybridized DNA using one or more pairs of primers selected from (a) DNA fragments of SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, (b) DNA fragments of SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4, (c) DNA fragments of SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6, (d) DNA fragments of SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8, (e) DNA fragments of SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10, and (f) DNA fragments of SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 12; and analyzing expression pattern of the amplified DNA according to the time period. A DNA chip for monitoring a response of cancer patients to irradiation therapy amplifies one or more antioxidant genes corresponding to the following DNA fragments: DNA fragments of SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 - GPx1; DNA fragments of SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4 - γ-GCS; DNA fragments of SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 - catalase; DNA fragments of SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8 - CuZn SOD; DNA fragments of SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10 - Mn SOD; and DNA fragments of SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 12 - Prx II.

Description

항산화효소 유전자 발현분석을 이용하여 방사선 치료에 대한 암환자의 반응을 평가하는 방법 및 이를 위한 DNA 칩{Method And DNA Chip For Monitoring Response of Irradiation on Cancer Patients Using Antioxidant Gene Expression Analysis}Method and DNA Chip For Monitoring Response of Irradiation on Cancer Patients Using Antioxidant Gene Expression Analysis}

본 발명은 방사선 조사된 사람의 말초혈액세포로부터 특이적으로 발현되는 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 분석함으로써 방사선 치료에 대한 암환자의 반응을 평가하는 방법 및 이를 위한 DNA 칩에 관한 것이다.The present invention relates to a method for evaluating the response of cancer patients to radiation therapy by analyzing time-dependent expression patterns of antioxidant enzyme genes specifically expressed from peripheral blood cells of irradiated humans, and a DNA chip therefor.

방사선(Ionizing radiation ; IR)이 암치료에 사용된 지 거의 한 세기가 된다(Hall et al., Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys., 46, 1~2, 2000). 정상세포에 대한 부작용이 방사선 치료의 제한인자이므로(Peters et al., Cancer, 77, 2379~2385, 1996), 방사선 치료효율을 높이기 위해서는 암세포에게는 치명적인 용량을 전달하여야 하며 근처의 정상세포에는 독성 효과(toxic effect)를 줄여야 한다(Vijayakumar et al., Lancet, 349, 1~301, 1997). 동일한 선량의 방사선에 조사된 환자의 반응은 매우 다양하므로 방사선 치료를 시행하는 임상가들에게 방사선 치료에 대한 환자의 반응을 평가하는 적절한 검사법의 개발은 주요 관심사 중의 하나이다. 특히 방사선 조사 후에 나타나는 다양한 반응을 평가(monitor)하기 위한 적절한 검사법의 개발은 최근 도래하고 있는 맞춤형 항암치료의 근간이 된다고 할 수 있다. 따라서 인체를 포함한 다양한 동물시스템에서 방사선 치료에 대한 영향을 평가하기 위한 여러 가지 시도들이 이루어져 왔다.Ionizing radiation (IR) has been used for cancer treatment for almost a century (Hall et al., Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys., 46, 1-2, 2000). Since side effects on normal cells are a limiting factor for radiation therapy (Peters et al., Cancer, 77, 2379 ~ 2385, 1996), in order to increase the efficiency of radiation therapy, lethal doses should be delivered to cancer cells and toxic effects on nearby normal cells. (toxic effects) should be reduced (Vijayakumar et al., Lancet, 349, 1-301, 1997). The response of patients exposed to the same dose of radiation varies widely, so for clinicians performing radiation therapy, the development of appropriate test methods to assess the patient's response to radiation therapy is of primary concern. In particular, the development of appropriate test methods to monitor the various reactions that occur after irradiation can be said to be the basis of the recent on-demand chemotherapy. Therefore, various attempts have been made to evaluate the effects of radiation therapy on various animal systems including the human body.

방사선 치료에 대한 암환자의 영향을 임상적용 가능한 방법으로 검사하기 위해서는 비침습적인 방법이 이상적이므로 각종 체액 및 혈액세포의 반응을 측정하기 위한 여러 가지 방법이 개발되어왔다. 이러한 방법들은 방사선 조사 후에 나타나는 5가지 그룹의 지표(indicator)의 변화로 구분한다(Walden et al., Biological assessment of damage, TMM Publications, Office of the Surgeon General., 85~103, 1989). 5가지 그룹은 전구 증후군(prodromal syndrome)의 신체적 증후학(physical symptomology), 백혈구 숫자의 변화, 혈청(serum) 조성의 변화, 소변의 성분, 그리고 염색체의 변이이다. 이 중에서 사람의 말초혈액세포(Peripherial Blood Lymphocyte)에서 일어나는 염색체의 변이를 측정하는 것은 오래 전부터 방사선 치료 중의 생체 내(in vivo) 방사선량측정(biodosimetry)에 유용한 방법으로 고려되었다. 그러나 방사선 조사에 의한 말초혈액세포에서의 염색체 변이와 방사선 손상의 상관관계를 찾고자하는 연구는 실패하였는데(Bentzen et al., Int. J. Radiat. Biol., 75, 513~517.1999), 이는 일반적으로 실시하는 말초혈액세포 중기분석(metaphase analysis)이 방사선에 의한 손상을 평가하기에 적절하지 못했기 때문이다(Lloyd et al., Phys. Med. Biol., 18, 421~431. 1973). 이러한 이유는 주로 방사선 조사에 의해 세포 주기(cell cycle)가 연기되는 것이 그 원인이다(Yamada et al., Cancer Letters, 150, 215~221, 2000 ; Durante et al., Radiat. Res., 151, 670~676, 1999).Since non-invasive methods are ideal for examining cancer patients' effects on radiation therapy in a clinically applicable manner, various methods have been developed to measure the response of various body fluids and blood cells. These methods are divided into five groups of indicator changes after irradiation (Walden et al., Biological assessment of damage, TMM Publications, Office of the Surgeon General., 85-103, 1989). The five groups are physical symptomology of prodromal syndrome, changes in white blood cell counts, changes in serum composition, components of urine, and chromosomal variations. Among these, measuring chromosomal variation in human peripheral blood lymphocytes (Peripherial Blood Lymphocyte) has long been considered a useful method for in vivo biodosimetry during radiation therapy. However, studies to find the correlation between radiation damage and chromosomal variation in peripheral blood cells have failed (Bentzen et al., Int. J. Radiat. Biol., 75, 513 ~ 517.1999). Peripheral blood cell metaphase analysis was not adequate to assess radiation damage (Lloyd et al., Phys. Med. Biol., 18, 421-431. 1973). This is mainly due to the postponed cell cycle by radiation (Yamada et al., Cancer Letters, 150, 215-221, 2000; Durante et al., Radiat. Res., 151, 670-676, 1999).

한편, 암세포의 방사선 반응에 대한 분자적 마커(molecular marker)를 확인하고자 하는 대부분의 연구는 면역염색법(immunostaining), 노던 블럿(northern blot) 또는 웨스턴 블럿(western blot) 분석법을 통하여 유전자 발현을 조사한 것이다. 아직까지 이와 같은 방법으로 총체적인 방사선영향을 평가하기 어려우며, 1 내지 2 종류의 유전자 분석을 통한 단편적인 접근에 머물러 있다. 방사선 치료와 부수적인 화학방사선(chemoradiation)에 대한 정상세포의 반응을 평가하는 검사법은 치료환자의 반응에 따른 치료 프로토콜(protocol)개발을 위한 근간이 될 것이다. 또한 방사선 항암치료 중 방사선-반응성 유전자(radiation-responsive gene)기능에 문제가 있을 경우 치료 후유증으로 나타나는 2차 암의 생성에도 영향이 있을 수 있다. 따라서, 문헌정보학(Informatics) 및 기능유전체학적(functional genomics) 조사를 이용하여 이러한 방사선-반응성 유전자들을 특성화시키고 이들의 생체 내, 생체 외 기능을 밝히는 연구가 심도 있게 진행되어야 할 것이다.On the other hand, most of the studies aiming to identify molecular markers for the radiation response of cancer cells have examined gene expression through immunostaining, northern blot, or western blot analysis. . It is still difficult to assess the overall radiation effects in this way, and remains a fragmented approach through one or two types of genetic analysis. Assays to assess the response of normal cells to radiation therapy and incidental chemoradiation will be the basis for developing treatment protocols based on the response of treatment patients. In addition, if there is a problem in radiation-responsive gene function during chemotherapy, it may also have an effect on the generation of secondary cancers that appear as a sequelae of treatment. Therefore, further studies to characterize these radio-responsive genes and to investigate their in vivo and in vitro functions using Informatics and functional genomics investigations.

정상세포 및 암세포에서 방사선에 대한 반응을 측정하기 위해 유전자의 발현양상을 이용하는데, 이를 조사하는 방법으로는 DNA 칩, DD-PCR(differential display PCR), SAGE(serial analysis gene expression) 및 EST(expressed sequencetags) 등의 방법이 있다. 이 중에서 DNA 칩은 개개의 유전자 대신 수천 또는 수만 개 유전자 조합의 발현양상을 동시에 관측할 수 있도록 해주는 장점 때문에 분자생물학의 기초 연구뿐만 아니라 질병 진단, 신약개발 등 다양한 응용분야에 적용될 수 있다. 따라서, DNA 칩 상에서 mRNA 수준을 측정하는 것은 특정 자극에 의한 여러 유전자의 반응을 알아낼 수 있는 방법이다. 암세포에서 방사선에 의해 다양한 유전자가 유도된다는 사실이 보고되어 있지만 방사선 치료중의 환자에게 이를 조사한 연구결과는 거의 없다. 또한 환자를 대상으로 생체 내(in vivo) 방사선 반응을 연구하기 위해 현재로서 가장 적절한 모델은 사람의 혈액세포를 생체 외(ex vivo)에서 방사선 조사하여 이에 나타나는 유전자 반응을 연구하는 것이지만 방사선 치료에 사용되는 양이나 시간에 의해 유도되는 유전자에 관한 보고는 없는 실정이며 유전자 유도에 관한 많은 생체 외 실험들이 초생리적(supraphysiologic) 방사선량(IR dose)하에서 수행되었기 때문에 임상에서 활용될 가능성이 제한되어 있다.The expression patterns of genes are used to measure the response to radiation in normal cells and cancer cells, and the methods of investigation are DNA chips, differential display PCR (DD-PCR), serial analysis gene expression (SAGE), and EST (expressed). sequencetags). Among them, DNA chips can be applied to various applications such as disease diagnosis and new drug development as well as basic research in molecular biology because they can simultaneously observe the expression patterns of thousands or tens of thousands of gene combinations instead of individual genes. Therefore, measuring mRNA levels on DNA chips is a way to determine the response of different genes to specific stimuli. Although various genes have been reported to be induced by radiation in cancer cells, few studies have investigated this in patients undergoing radiation therapy. In addition, the most appropriate model for studying the in vivo radiation response in patients is to irradiate human blood cells ex vivo to study the genetic response to it, but it is used for radiation therapy. There have been no reports of genes induced by the amount or time to be derived, and many in vitro experiments on gene induction have been performed under supraphysiologic IR doses, which limits their potential for clinical use.

이러한 관점에서 방사선 치료 시행 전, 시행과정 중, 시행 후 따르는 결과로부터 방사선이 환자의 개별적인 체질에 따라 어느 정도 영향을 미칠 수 있는지를 방사선 조사된 시료에서 유전자의 시간별 발현양상을 비교 분석하여 정확히 예측함으로써 방사선이 환자에게 미치는 부작용을 최대한 줄일 수 있는 방안이 요구되고 있다.From this point of view, by comparing and analyzing the time-dependent expression patterns of genes in the irradiated sample, it is possible to accurately predict how much radiation can influence the individual's individual constitution from the results before, during and after the radiation treatment. What is needed is a way to minimize the side effects of radiation on patients.

본 발명은 사람의 말초혈액세포를 채취하여 일반적인 방사선 치료에 사용되는 선량으로 방사선 조사 후 경과시간에 따라 유도되는 유전자를 분석하던 중 방사선에 의해 생산된 활성산소종(reactive oxygen species)의 변화에 따른 항산화효소 유전자의 특이적인 발현에 주목하였다. 즉, 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 통해 방사선 치료에 대한 암환자의 반응을 평가하는 방법을 완성하였다.The present invention is to analyze the genes induced by the time elapsed after irradiation as a dose used for general radiation therapy by collecting human peripheral blood cells according to the change of the reactive oxygen species produced by radiation Note the specific expression of antioxidant enzyme genes. In other words, the method of evaluating the response of cancer patients to radiation therapy by time-dependent expression of antioxidant enzyme gene was completed.

따라서, 본 발명은 방사선 조사된 사람 말초혈액세포로부터 경과시간에 따라 수득한 유전자 중 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 분석하여 방사선 치료에 대한 암환자의 반응을 평가하기 위해 항산화효소 유전자 cDNA가 기판에 집적된 DNA 칩을 제공한다.Therefore, the present invention is to analyze the time-dependent expression patterns of the antioxidant enzyme gene in the gene obtained from the irradiated human peripheral blood cells according to the elapsed time to evaluate the response of the cancer enzyme to the radiation therapy cancer substrate cDNA on the substrate An integrated DNA chip is provided.

또한, 본 발명은 사람으로부터 말초혈액세포를 채취하고, 채취된 말초혈액세포를 일반적인 방사선 치료에 사용되는 선량으로 조사한 후, 조사된 말초혈액세포로부터 경과시간에 따라 RNA를 추출하고, 추출한 RNA를 역전사시켜 DNA를 생성하며, 생성된 DNA를 (a) 서열번호 1 및 2의 DNA 단편; (b) 서열번호 3 및 4의 DNA 단편; (c) 서열번호 5 및 6의 DNA 단편; (d) 서열번호 7 및 8의 DNA 단편; (e) 서열번호 9 및 10의 DNA 단편; 및 (f) 서열번호 11 및 12의 DNA 단편으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 프라이머 쌍으로 항산화효소 유전자를 증폭시키고, 증폭된 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 분석하여 방사선 치료에 대한 암환자의 반응을 평가하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention is to collect peripheral blood cells from a human, and irradiated with the collected peripheral blood cells in a dose used for general radiation therapy, RNA is extracted from the irradiated peripheral blood cells according to the elapsed time, and the reverse RNA is extracted To generate DNA, the resulting DNA comprising (a) a DNA fragment of SEQ ID NOS: 1 and 2; (b) DNA fragments of SEQ ID NOs: 3 and 4; (c) the DNA fragments of SEQ ID NOs: 5 and 6; (d) DNA fragments of SEQ ID NOs: 7 and 8; (e) DNA fragments of SEQ ID NOs: 9 and 10; And (f) amplifying the antioxidant enzyme gene with one or more primer pairs selected from the group consisting of DNA fragments of SEQ ID NOs: 11 and 12, and analyzing the time-dependent expression patterns of the amplified antioxidant enzyme genes to respond to cancer patients' response to radiation therapy. Provide a method of evaluation.

도 1은 일반적인 방사선 치료에 사용되는 선량인 2Gy로 방사선 조사된 사람 말초혈액세포에서 경과시간에 따라 추출한 RNA 및 방사선을 조사하지 않은 사람 말초혈액세포에서 추출한 RNA를 역전사시킨 DNA 단편과 혼성화된 1,221개의 공지된 유전자 cDNA 칩의 형광 발광 프로파일을 나타낸 것이다(패널 A: 방사선 조사 후 2시간 경과한 경우, 패널 B: 방사선 조사 후 6시간 경과한 경우, 패널 C: 방사선 조사 후 24시간 경과한 경우).1 is 1,221 hybridized with DNA fragments reversely transcribed RNA extracted from human peripheral blood cells irradiated with 2Gy, a dose used for general radiation therapy, and RNA extracted from human peripheral blood cells without irradiation. Fluorescence emission profiles of known gene cDNA chips are shown (Panel A: 2 hours after irradiation, Panel B: 6 hours after irradiation, Panel C: 24 hours after irradiation).

도 2는 일반적인 방사선 치료에 사용되는 선량인 2Gy로 방사선 조사된 사람 말초혈액세포에서 경과시간에 따라 추출한 RNA 및 방사선을 조사하지 않은 사람 말초혈액세포에서 추출한 RNA를 역전사시킨 DNA 단편과 혼성화된 1,221개의 공지된 유전자 cDNA 칩의 계층적 클러스터링으로 유전자 발현양상을 나타낸 것이다.FIG. 2 shows 1,221 hybridized DNA fragments reversely transcribed RNA extracted from human peripheral blood cells irradiated with 2Gy, a dose used for general radiation therapy, and RNA extracted from non-irradiated human peripheral blood cells. Hierarchical clustering of known gene cDNA chips shows gene expression patterns.

도 3은 방사선-반응성 유전자의 계층적 클러스터링 결과에 의해 분류한 결과이다(패널 A: 초기 유전자 - 방사선 조사 후 2시간 경과한 경우에 나타남, 패널 B: 유전자 - 방사선 조사 후 6시간 경과한 경우에 나타남, 패널 C: 방사선 조사 후 24시간 경과한 경우에 나타남, 패널 D: 하우스 키핑 유전자 및 그룹핑되지 않은 유전자 - 유의적인 차이를 보이지 않음, 높은 변이를 지님).FIG. 3 shows the results classified by hierarchical clustering of radiation-responsive genes (Panel A: Appears when 2 hours after initial gene-irradiation, Panel B: After 6 hours after gene-irradiation) Panel C: housed 24 hours after irradiation, panel D: housekeeping gene and ungrouped genes-no significant difference, high variation).

도 4는 일반적인 방사선 치료에 사용되는 선량인 2Gy로 방사선 조사된 사람 말초혈액세포에서 경과시간에 따라 추출한 RNA 및 방사선을 조사하지 않은 사람 말초혈액세포에서 추출한 RNA를 역전사시킨 DNA 단편 중에서 6종류의 항산화효소 유전자를 증폭시켜 이의 시간별 발현양상을 아가로스 겔에 나타낸 것이다(도 4a: GPx1의 시간별 발현양상, 도 4b: γ-GCS의 시간별 발현양상, 도 4c: Catalase의 시간별 발현양상, 도 4d: CuZn SOD의 시간별 발현양상, 4e: Mn SOD의 시간별 발현양상, 4f: Prx Ⅱ의 시간별 발현양상).FIG. 4 shows six kinds of antioxidants from DNA fragments reverse-transcribed RNA extracted from human peripheral blood cells irradiated with 2Gy, which is a dose used for general radiation therapy, and RNA extracted from human peripheral blood cells without irradiation. The amplification of the enzyme gene is shown on the agarose gel (Fig. 4a: hourly expression pattern of GPx1, Figure 4b: hourly expression pattern of γ-GCS, Figure 4c: hourly expression pattern of Catalase, Figure 4d: CuZn Hourly expression pattern of SOD, 4e: hourly expression pattern of Mn SOD, 4f: hourly expression pattern of Prx II).

본원 명세서에 사용된 용어 "방사선 치료(irradiation)"는 예를 들면 X-선, 자외선, 알파 입자 및 감마선을 포함한 전자석 방사 또는 알파 또는 베타 입자 등의 작용에 의해 암세포를 사멸시키는 치료를 의미한다.As used herein, the term "irradiation" refers to a treatment that kills cancer cells by the action of, for example, electromagnetic radiation including X-rays, ultraviolet rays, alpha particles and gamma rays or alpha or beta particles.

용어 "그레이(Gy)"는 1kg의 생물학적 조직에서 1J(Joule)을 방출시킬 수 있는 방사선 조사량이다. 본 발명에서 사용된 방사선은 감마선(gamma-ray, IBL 427 Irradiator, CIS Bio International, France)이며, 항암치료시에 일반적으로 사용되는 1회 방사선량인 2Gy를 사용하였다.The term "Gy" is the amount of radiation capable of releasing 1 J (Joule) in 1 kg of biological tissue. The radiation used in the present invention is gamma-ray (gamma-ray, IBL 427 Irradiator, CIS Bio International, France), and 2Gy, which is a single dose generally used in chemotherapy, was used.

용어 "방사선-반응성 유전자"는 방사선에 노출되었을 때 여러 가지 반응을 나타내는 유전자성향을 나타내는 말이다. 즉, DNA 염기서열 변화(mutation), 세포순환의 이상, 세포의 죽음으로 인하여 발생되는 세포 사멸과 같은 반응을 나타낸다. 이러한 변화들은 세포마다 반응을 나타내는 시기가 다르다. 방사선 조사 후 즉시 이러한 변화가 나타나는 유전자를 특히, 초기 유전자(early gene)라 하며 어느 정도 시간이 지나야 변화가 나타나는 유전자도 있다. 이때, 방사선 조사 후 아무런 변화가 일어나지 않는 유전자의 경우에는 "하우스 키핑 유전자(house keeping gene)"라 한다.The term "radiation-responsive gene" refers to a gene tendency that exhibits various responses when exposed to radiation. That is, it shows a reaction such as cell death caused by DNA sequence mutation, abnormal cell circulation, and cell death. These changes differ in the timing of the responses from cell to cell. Genes that show these changes immediately after irradiation, especially early genes, are called genes that change only after some time. In this case, a gene in which no change occurs after irradiation is referred to as a "house keeping gene".

방사선은 암세포와 정상세포 모두에 영향을 줄 수 있으나 여러 가지 방법과 기술을 이용하여 정상세포에는 영향을 덜 주면서 암세포를 많이 파괴하여 암을 치료한다. 이는 암세포를 즉각 죽이지는 못하나 암세포가 분열, 증식하는 기능을 파괴하여 새로운 암세포가 분열, 생성되지 못하게 하고 더 이상 분열하지 않는 암세포는 수명이 다해 죽게된다. 매 치료마다 더 많은 세포가 죽고, 죽은 세포는 분해되어 혈액으로 운반되어 몸밖으로 배출되어 종양의 크기는 줄어든다. 정상세포의 대부분은 회복되지만 일부 정상세포는 회복되지 않아 방사선 치료의 부작용이 생긴다. 부작용으로 인해 야기될 수 있는 세포, 조직 등의 변화는 세포분열시기의 변화, 세포사멸 및 괴사억제, 조직손상 및 면역기능저하 등이 있다.Radiation can affect both cancer cells and normal cells, but many methods and techniques are used to treat cancer by destroying many cancer cells while less affecting normal cells. This does not kill cancer cells immediately, but destroys the function of cancer cells to divide and proliferate, preventing new cancer cells from dividing and producing. Cancer cells that do not divide anymore die at the end of their lifespan. With every treatment, more cells die and dead cells are broken down and transported to the blood, where they are released out of the body, reducing the size of the tumor. Most of the normal cells recover, but some of the normal cells do not recover, resulting in side effects of radiation therapy. Changes in cells, tissues, etc. that may be caused by side effects include changes in cell division timing, cell death and necrosis inhibition, tissue damage, and immune dysfunction.

방사선 치료에 대한 암환자의 반응을 평가하기 위한 생물학적 시료는 일반적으로 사람의 정상혈액을 생체 외 방사선 조사하여 이를 모델시스템으로 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 방사선 치료를 받는 암환자의 혈액으로부터 분리한 말초혈액세포(Peripherial Blood Lymphocyte)를 사용할 수 있다. 본 발명에서는 사람의 말초혈액세포를 사용하였다. 말초혈액세포는 방사선에 대한 감수성이 커서 직접적으로 손상을 받지만, 전신을 빠르게 순환하고 체내에 오랫동안 생존 및 재생이 가능하다고 알려져 있다. 그래서 말초혈액세포에서 일어나는 염색체의 변이를 측정하는 것은 방사선 치료 중의 생체 내 방사선량측정(biodosimetry)에 유용한 세포로 이용되었다. 따라서, 방사선 조사정도의 여부를 측정하기 위한 생물학적 시료로서 말초혈액세포를 선택하는 것이 가장 바람직하다.Biological samples for evaluating the response of cancer patients to radiation therapy can generally be used as a model system by ex vivo irradiation of human normal blood. More preferably, Peripheral Blood Lymphocytes isolated from the blood of cancer patients undergoing radiation therapy may be used. In the present invention, human peripheral blood cells were used. Peripheral blood cells are susceptible to radiation because they are sensitive to radiation, but are known to circulate rapidly throughout the body and to survive and regenerate for a long time in the body. Therefore, measuring chromosomal variation in peripheral blood cells has been used as a useful cell for in vivo biodosimetry during radiation therapy. Therefore, it is most preferable to select peripheral blood cells as a biological sample for measuring the degree of irradiation.

방사선 치료에 대한 유전자의 발현을 확인하고자 하는 방법은 대표적인 유전공학 방법으로 서던블롯, 노던블롯, 돌연변이 검색 및 DNA 염기서열결정 등이 있다. 그러나 이러한 방법을 이용한 결과는 서로 차이가 많으며 어떤 경우는 반대의 결과를 나타내기도 한다. 이와 같은 문제점을 극복하기 위해 개발된 방법 중의 하나로서 정확하고 빠르게 유전자의 발현을 분석할 수 있는 DNA 칩을 이용한 유전자 검색방법이 사용된다. DNA 칩은 엄청나게 많은 종류의 DNA를 고밀도로 붙여 놓은 것을 말한다. DNA 칩은 동시에 최소한 수백 개 이상의 유전자를 빠른 시간 안에 검색할 수 있는 장점이 있다. 또한, 서던 또는 노던블롯의 경우 유전물질을 붙이는 매체로 니트로셀룰로스(nitrocellulose)막을 사용하는데 반하여, 유리와 같은 고형체를 사용함으로써 아주 적은 양의 유전 물질을 고밀도로 붙일 수 있으며, 동시에 많은 수의 유전자를 검색할 수 있는 장점이 있다.Representative methods of gene expression for radiotherapy include Southern blot, Northern blot, mutation detection and DNA sequencing. However, the results using these methods are very different and in some cases the opposite results. As one of the methods developed to overcome such a problem, a gene search method using a DNA chip capable of analyzing gene expression accurately and quickly is used. A DNA chip is a high density of DNA attached to a huge number of different types of DNA. DNA chips have the advantage of being able to search for at least hundreds of genes at the same time in a short time. In addition, in the case of Southern or Northern blots, a nitrocellulose membrane is used as a medium for attaching a dielectric material, whereas a solid material such as glass can attach a very small amount of genetic material at a high density, and at the same time, a large number of genes There is an advantage to search.

DNA 칩은 붙이는 유전물질의 크기에 따라 cDNA(complementary DNA) 칩과 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide) 칩으로 분류된다. cDNA 칩에는 최소한 500bp 이상의 유전자(full-length open reading frame 또는 EST)가 붙여져 있고, 올리고뉴클레오티드 칩에는 약 15 내지 25개의 염기들로 이루어진 올리고뉴클레오티드가 붙여져 있다. 표 1에 일반적인 DNA 칩 제작 기술에 대해 설명하였다.DNA chips are classified into cDNA (complementary DNA) chips and oligonucleotide chips according to the size of the attached genetic material. At least 500 bp of gene (full-length open reading frame or EST) is attached to the cDNA chip, and oligonucleotide consisting of about 15 to 25 bases is attached to the oligonucleotide chip. Table 1 describes general DNA chip fabrication techniques.

DNA 칩 제작 기술의 특징Characteristic of DNA chip making technology 제작 기술Production technology 특 징Characteristic 칩 종류Chip type 핀 마이크로어레이(pin microarray)Pin microarray 핀을 이용한마이크로스폿팅(microspotting)Microspotting Using Pins cDNA 및올리고뉴클레오티드cDNA and oligonucleotides 잉크젯(inkjet)Inkjet 잉크젯 원리를 이용한마이크로드롭핑(microdropping)Microdropping using the inkjet principle cDNA 및올리고뉴클레오티드cDNA and oligonucleotides 포토리소그래피(photolithography)Photolithography 포토리소그래피를 이용한올리고뉴클레오티드 직접합성Oligonucleotide Direct Synthesis Using Photolithography 올리고뉴클레오티드Oligonucleotide 전기적 어레이(Electronic array)Electronic array 전기를 이용한 올리고뉴클레오티드어드레싱(addressing)Oligonucleotide addressing using electricity 올리고뉴클레오티드Oligonucleotide

현재 인간 게놈 프로젝트(Human Genome Project)로부터 얻는 염기서열 정보는 빠르게 증가하고 있으며 이 정보는 생물 의학적 실험(biomedical experiment)으로부터 재확인될 수 있다. 그러므로 유전자 발현양상을 상기의 DNA 칩 기술로 분석하여 전체적인 세포적 반응(cellular event)을 이해할 수 있을 것이다. 따라서,본 발명에서는 사람으로부터 분리한 말초혈액세포를 방사선 조사한 후 방사선-반응성 유전자의 시간별 발현양상을 1,221개의 알고있는 유전자 cDNA 칩을 이용하여 선별하는 방법을 이용하였다. 본 발명에서 사용된 cDNA 칩(GenoCheck, Ansan, Korea)에 집적된 유전자는 신호전달과정(signal transduction), 세포 분열(cell division), 대사 작용(metabolism) 및 적응/보호 반응(adaptive/protective response)에 관련된 유전자들이고, 이 유전자들은 1,221개의 알려진 사람 유전자(Human known gene)를 PCR로 증폭하여 제작하였다. cDNA 칩과 방사선 조사한 사람 말초혈액세포의 RNA로부터 역전사된 DNA와 혼성화 결과는 유전자가 시간별로 증가하는 유전자 세트로 구분하여 나타내었다(도 1).Currently, sequencing information from the Human Genome Project is growing rapidly, and this information can be reconfirmed from biomedical experiments. Therefore, the gene expression patterns can be analyzed by the above DNA chip technology to understand the overall cellular event. Therefore, in the present invention, after irradiating peripheral blood cells isolated from humans, a method of selecting time-dependent expression patterns of radiation-responsive genes using 1,221 known gene cDNA chips was used. Genes integrated in the cDNA chip (GenoCheck, Ansan, Korea) used in the present invention is a signal transduction, cell division, metabolism and adaptive / protective response (adaptive / protective response) These genes were produced by amplifying 1,221 known human genes by PCR. Hybridization results with the DNA reversely transcribed from cDNA chip and RNA of irradiated human peripheral blood cells were shown as a set of genes whose genes increased with time (FIG. 1).

DNA 칩의 혼성화한 결과를 분석하기 위해 사용한 형광 물질은 Cy3-dUTP, Cy5-dUTP(Amersham Pharmacia, U.K.)을 사용할 수 있다. 이는 임의로 색깔차이로 인해 유전자 발현의 강도를 비교하기 위해서 표지하는 물질이다. 따라서, 유전자 발현정도를 스캔을 할 때 Cy3는 532nm 파장에서 녹색을 띠게 되고 Cy5는 635nm에서 빨간색을 띠게 된다. 본 연구에서는 Cy3-dUTP, Cy5-dUTP를 사용했지만 Cy3-dCTP, Cy5-dCTP을 사용할 수 있다.Fluorescent materials used to analyze the hybridization results of DNA chips can be used Cy3-dUTP, Cy5-dUTP (Amersham Pharmacia, U.K.). It is a labeling substance that is optionally labeled to compare the intensity of gene expression due to color differences. Thus, when scanning gene expression, Cy3 becomes green at 532nm and Cy5 becomes red at 635nm. Although Cy3-dUTP and Cy5-dUTP were used in this study, Cy3-dCTP and Cy5-dCTP can be used.

DNA 칩의 혼성화한 결과는 클러스터링 기법을 사용하여 다양한 유전자 시료를 비교 분석하였는데 이는 특정한 유전자의 발현 양상을 하나의 벡터값으로 보고 특정한 기준("metric" 이라고 부름)에 따라 유사한 정도("distance" 라고 부름)로 벡터들을 묶는 방법이다. 통계학적으로 개발된 통계적 클러스터 분석 방법(statistical cluster analysis)에는 계층적 클러스터링(hierarchicalclustering), K-방법(K-means), SOM(self-organizing map), PCA(principal component analysis) SVD(decomposition), SVM(suport vector machine)방법이 있다.Hybridization results of DNA chips were analyzed using a clustering technique to compare various gene samples. This expression of a particular gene was expressed as a vector value, and the degree of similarity according to a certain criterion (called "metric") was called "distance". Grouping the vectors together. Statistically developed statistical cluster analysis includes hierarchicalclustering, K-means, self-organizing maps, principal component analysis (SVD) decomposition, There is a suv vector machine (SVM) method.

본 발명에서는 클러스터링 기법 중 계층적 클러스터링(hierarchical clustering)방법을 사용하여 발현양상이 유사한 유전자끼리 클러스터링 할 수 있었고, 각 스팟의 시그날을 각 슬라이드의 스팟 시그날의 평균값으로 나눠서 표준화하였다. 클러스터링 결과를 각각 도 2와 도 3에 나타내었다.In the present invention, hierarchical clustering method was used to cluster genes with similar expression patterns, and standardized by dividing the signal of each spot by the average value of the spot signal of each slide. Clustering results are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.

그 결과, cDNA 칩의 1,221개 유전자 중에서 62개 유전자가 방사선에 조사되고 난 후 2시간 정도에 유도되었고(도 3의 패널 A), 16개의 유전자가 방사선 조사 후 6시간 후에 유도되었으며(도 3의 패널 B), 방사선 조사 후 24시간 후에는 27개의 유전자가 나타났다(도 3의 패널 C). 또한 변화가 없는 유전자(house keeping gene)를 포함하는 251개 유전자들도 나타났다(도 3의 패널 D). 그리고 1,221유전자 중 865개 유전자는 특정한 범주로 분류할 수 없었다. 이런 유전자들은 여러 정상적인 사람들에게서 나타나는 결과를 보였다. 상기 결과는 적어도 105/1,221개의 유전자가 대조군에 비하여 방사선 조사된 말초혈액세포에서 유의적으로 변화함을 보여준다. 이는 cDNA 칩을 이용하여 방사선 조사된 말초혈액세포의 유전자 발현양상을 분석하는 방법을 통해 방사선 치료과정을 효과적으로 측정할 수 있음을 보여준다. 대부분의 항암치료제가 DNA 손상을 일으키며 세포 주기를 정지시키고 또한 세포 사멸을 유발하기 때문에 본 발명에서 확인된 유전자 세트(set)는 여러 형태의 방사선 암치료에 이용할 수 있다. 또한, 방사선 조사된 말초혈액세포에서 확인된365개 유전자의 발현양상이 방사선 치료를 받는 암환자의 반응에 대한 가치 있는 정보를 제공할 것이며 조사된 방사선에 대한 환자별 반응을 검사할 수 있는 바이오마커(biomarker)가 될 수 있다. 즉, 방사선-반응성 유전자의 상대적인 발현양상과 기존에 쓰였던 유전자 발현의 생물학적 정량(bioassay)을 비교 분석하여 그 값을 측정하면 방사선 치료를 받는 암환자의 반응을 검사할 수 있는 보완적인 방법이 될 것이다.As a result, 62 of the 1,221 genes of the cDNA chip were induced about 2 hours after irradiation (Panel A of FIG. 3), and 16 genes were induced 6 hours after irradiation (FIG. 3). Panel B), 27 genes appeared 24 hours after irradiation (Panel C of Figure 3). There were also 251 genes, including house keeping genes (Panel D of FIG. 3). And 865 genes among 1,221 genes could not be classified into specific categories. These genes have been shown in many normal people. The results show that at least 105 / 1,221 genes change significantly in irradiated peripheral blood cells compared to the control. This shows that the radiation treatment process can be effectively measured by analyzing gene expression patterns of irradiated peripheral blood cells using cDNA chip. Since most anticancer drugs cause DNA damage, stop cell cycles, and cause cell death, the gene sets identified in the present invention can be used for the treatment of various forms of radiation cancer. In addition, the expression patterns of 365 genes identified in irradiated peripheral blood cells will provide valuable information on the response of cancer patients undergoing radiation therapy, and biomarkers to examine patient-specific responses to irradiated radiation. It can be a biomarker. In other words, comparing and analyzing the relative expression patterns of radiation-responsive genes and the bioassay of gene expressions used in the past, measuring the value would be a complementary method to examine the response of cancer patients undergoing radiation therapy. .

상기 cDNA 칩 결과로부터 유도되는 방사선-반응성 유전자 중에서 본 발명자들은 방사선 조사 후 항산화효소 유전자의 발현에 주목하였다. 방사선 조사 후의 생물학적 중요성에는 과산화(superoxide), 과산화 수소(hydrogen peroxide) 및 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical)과 같은 활성산소종(reactive oxygen species; ROS)이 생성된다는 것이다(Levinson, Exp. Cell. Res., 43, 398~413, 1966 ; Walburg et al., New York, Academic., 5, 145~179, 1975 ; Simic et al., in Oxygen Radicals in Biology and Medicine, 587~590, 1989). 또한 방사선과 물과의 반응이 활성산소종을 발생시킨다는 것은 잘 알려져 있는 사실이다. 따라서 방사선 치료 중에 생성된 활성산소종에 의해서 산화적 스트레스(oxidative stress)가 유도되고, 이것이 정상조직에 손상을 입히는 중요한 생물학적 분자가 될 수 있다(Koh et al., J. Biochem. Mol. Biol., 32, 440~444, 1999 ; Cho et al., J. Biochem. Mol. Biol., 33, 137~137, 2000 ; Park et al., J. Biochem. Mol. Biol., 34, 544~550, 2001). 이를 증명하기 위해 본 발명자들은 방사선 조사된 말초혈액세포에서 유도되는 항산화효소를 코드하는 유전자들의 특이적인 발현을 분석하여활성산소종 변화에 따르는 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 조사하였다.Among the radiation-responsive genes derived from the cDNA chip results, the inventors noted the expression of antioxidant enzyme genes after irradiation. The biological significance after irradiation is the generation of reactive oxygen species (ROS) such as superoxide, hydrogen peroxide and hydroxyl radicals (Levinson, Exp. Cell. Res. , 43, 398-413, 1966; Walburg et al., New York, Academic., 5, 145-179, 1975; Simic et al., In Oxygen Radicals in Biology and Medicine, 587-590, 1989). It is also well known that the reaction of radiation with water generates reactive oxygen species. Thus, oxidative stress is induced by reactive oxygen species generated during radiation therapy, which can be an important biological molecule that damages normal tissues (Koh et al., J. Biochem. Mol. Biol. , 32, 440-444, 1999; Cho et al., J. Biochem. Mol. Biol., 33, 137-137, 2000; Park et al., J. Biochem. Mol. Biol., 34, 544-550 , 2001). In order to prove this, the present inventors analyzed specific expression of genes encoding antioxidant enzymes induced in irradiated peripheral blood cells to investigate the expression patterns of antioxidant enzyme genes according to changes in reactive oxygen species.

본 발명에서 항산화효소 유전자를 수득하기 위해 방사선 조사된 사람의 말초혈액세포에서 추출한 RNA를 이용하여 RT-PCR(Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction)을 수행하였다.In order to obtain the antioxidant enzyme gene in the present invention, RT-PCR (Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction) was performed using RNA extracted from irradiated human peripheral blood cells.

RNA 추출은 당분야에 통상적인 방법을 사용할 수 있으며 Tri 시약을 사용하는 방법, 구아니딘을 사용하는 방법, TRIzol시약을 사용하는 방법등을 이용할 수 있으며 상업적으로 판매하는 RNA 추출 킷트(Qiagen 제품, introgen)를 사용할 수 있다. 바람직하게는 TRIzol 시약(GIBCO-BRL Grand Island, NY, U.S.A.)을 사용한다.RNA extraction can be performed using conventional methods in the art, using Tri reagent, using guanidine, using TRIzol reagent, etc., and using commercially available RNA extraction kits (Qiagen, introgen). Can be used. Preferably TRIzol reagent (GIBCO-BRL Grand Island, NY, U.S.A.) is used.

RT-PCR이란 당업계에 잘 알려진 방법으로서 특정 부위의 RNA를 주형으로 하여 이에 상응하는 cDNA(complementary DNA)를 합성한 다음 이를 이용하여 PCR 증폭을 시행하는 기술이며, 실험과정은 ⑴ 역전사효소(reverse transcriptase)를 이용하여 RNA로부터 cDNA를 제조하는 과정; ⑵ cDNA를 이용하여 특정부위를 증폭시키는 과정으로 나뉘어지며, ⑵는 게놈 DNA로부터 특정 유전자 부위를 증폭시키는 방법과 같다. 따라서 항산화효소 유전자를 생성하기 위해서 시료로부터 추출한 RNA를 역전사 효소를 이용하여 DNA를 생성하고 여기에 항산화효소 유전자를 증폭하기 위한 특이적인 DNA 서열을 프라이머 쌍을 이용하여 증폭시킴으로써 항산화효소 유전자를 수득할 수 있었다. 하기 표 2에 특이적으로 변화하는 6종류의 항산화효소 유전자를 증폭하기 위한 프라이머 쌍을 나타내었다.RT-PCR is a method well known in the art, a technique of synthesizing a corresponding cDNA (complementary DNA) using RNA of a specific site as a template, and then using the PCR amplification, the experimental process is reverse transcriptase (reverse preparing cDNA from RNA using transcriptase); ⑵ is divided into the process of amplifying a specific region using cDNA, ⑵ is the same as a method of amplifying a specific gene region from genomic DNA. Therefore, the antioxidant enzyme gene can be obtained by amplifying RNA extracted from a sample using a reverse transcriptase to generate an antioxidant enzyme gene and amplifying a specific DNA sequence using a primer pair to amplify the antioxidant enzyme gene. there was. Table 2 shows primer pairs for amplifying six kinds of antioxidant enzyme genes specifically changed.

항산화효소 유전자를 증폭하기 위한 프라이머 쌍Primer pairs for amplifying antioxidant enzyme genes 유전자gene 위치location 염기서열Sequence 서열번호SEQ ID NO: GPx1GPx1 298-317827-808298-317827-808 5'-CCACCAGGAACTTCTCAAAG-3'5'-TGGCTTCTTGGACAATTGCG-3'5'-CCACCAGGAACTTCTCAAAG-3'5'-TGGCTTCTTGGACAATTGCG-3 ' 1212 γ-GCSγ-GCS 413-4301046-1029413-4301046-1029 5'-GATCGTCTAGAACAGCCCTACGGAGGAAC-3'5'-GATCGGAATTCCTTCAATGGCTCCAGTTCC-3'5'-GATCGTCTAGAACAGCCCTACGGAGGAAC-3'5'-GATCGGAATTCCTTCAATGGCTCCAGTTCC-3 ' 3434 CatalaseCatalase 617-6361021-1001617-6361021-1001 5'-CAGATGGACATCGCCACATG-3'5'-AAGACCAGTTTACCAACTGGG-3'5'-CAGATGGACATCGCCACATG-3'5'-AAGACCAGTTTACCAACTGGG-3 ' 5656 CuZn SODCuZn SOD 65-85462-44565-85462-445 5'-ATGGCGACGAAGGCCGTGTGC-3'5'-TTGGGCGATCCCAATTAC-3'5'-ATGGCGACGAAGGCCGTGTGC-3'5'-TTGGGCGATCCCAATTAC-3 ' 7878 Mn SODMn SOD 65-84324-30565-84324-305 5'-GGCATCTGCGGTAGCACCAG-3'5'-TCTCCCTTGGCCAACGCCTC-3'5'-GGCATCTGCGGTAGCACCAG-3'5'-TCTCCCTTGGCCAACGCCTC-3 ' 910910 Prx IIPrx II 68-85770-75068-85770-750 5'-GCTCACGCAGTCATGGCC-3'5'-CCCCTTCAGAGAGTGGAGGAA-3'5'-GCTCACGCAGTCATGGCC-3'5'-CCCCTTCAGAGAGTGGAGGAA-3 ' 11121112 β-actinβ-actin 226-243843-826226-243843-826 5'-GATCGTCTAGATTCCTATGTGGGCGACGA-3'5'-GATCGGAATTCCAGCGGAACCGCTCATTG-3'5'-GATCGTCTAGATTCCTATGTGGGCGACGA-3'5'-GATCGGAATTCCAGCGGAACCGCTCATTG-3 ' 13141314

상기 표 2의 프라이머 쌍을 이용하여 수득한 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타낸 바와 같이 항산화효소 유전자들이 2시간, 6시간, 24시간에 따라 지속적으로 발현이 증가하는 양상을 보였다. 아가로스 겔에서 발현이 확인된 6종류의 항산화효소 유전자는 GPx1, γ-GCS, Catalase, CuZn SOD, Mn SOD 및 Prx Ⅱ 이다.The time-dependent expression pattern of the antioxidant enzyme gene obtained using the primer pair of Table 2 is shown in FIG. 4. As shown in FIG. 4, the expression of antioxidant enzyme genes was continuously increased with 2 hours, 6 hours, and 24 hours. Six types of antioxidant enzymes identified in agarose gels were GPx1, γ-GCS, Catalase, CuZn SOD, Mn SOD and Prx II.

또한, 6종류의 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 조사하기 위하여 서로 다른 사람으로부터 분리한 말초혈액세포를 방사선 조사한 후 경과시간에 따라 실험하였는데 이는 다른 개체 사이의 시간별 발현양상의 재현성을 보기 위한 것이다. 조사한 바에 의하면 개체간의 유도수준(induction level)이 1.5배 보다 작았으며, 시간별 발현양상은 개체간에 비슷하였다. 이것은 유도된 전사수준(transcript level)이 뚜렷한 범위(range)의 값을 가질 때 이들 항산화효소 유전자 mRNA가 바이오마커(biomarker)로서 각각의 환자에 사용될 수 있음을 의미한다.In addition, in order to investigate the time-dependent expression patterns of six kinds of antioxidant enzyme genes, peripheral blood cells isolated from different people were irradiated according to the elapsed time. This is to see the reproducibility of the time-dependent expression patterns among different individuals. According to the results, the induction level between individuals was less than 1.5 times, and the expression patterns over time were similar among individuals. This means that these antioxidant enzyme gene mRNAs can be used in each patient as a biomarker when the induced transcript levels have a range of values.

한 양태로서, 본 발명은 방사선 조사된 사람 말초혈액세포로부터 경과시간에 따라 수득한 유전자 중 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 분석하여 방사선 치료에 대한 암환자의 반응을 평가하기 위해 항산화효소 유전자 cDNA가 기판에 집적된 DNA 칩을 제공한다.In one embodiment, the present invention provides an antioxidant enzyme cDNA for evaluating the response of cancer patients to radiation therapy by analyzing the expression patterns of antioxidant enzyme genes over time from the irradiated human peripheral blood cells. A DNA chip integrated on a substrate is provided.

DNA 칩을 제작하는 방법은 상기 표 1과 같이 통상적인 방법을 사용할 수 있으며 바람직하게는 핀 마이크로어레이법을 사용한다. DNA 칩의 제작방법은 일반적으로 다음과 같다. 염기서열이 밝혀진 모든 가능한 유전자(open reading frame)들을 사용하여, 각각 확인된 이들 유전자들의 시작과 끝 부분에 PCR을 하기 위해 필요한 염기서열인 프라이머를 컴퓨터에 의하여 찾아낸다. 이들 프라이머들은 서로 비슷한 결합온도(annealing temperature)를 가지고 있어서 동시에 여러 유전자를 PCR 할 수 있어야 한다. PCR을 한 후 성공 여부는 아가로스 겔에서 검사하고 증폭된 유전자들을 적당한 농도로 농축을 한다. 이렇게 증폭·농축돤 유전자들을 마이크로어레이어 기계로 보통 현미경 실험에 자주 쓰이는 글라스 슬라이드에 심는다. 글라스로는 폴리-L-라이신 글라스 이외에도 실레인(silane), 실리레이트(silylate), 수퍼-아민(super-amine)으로 코팅된 글라스를 사용할 수 있다. 글라스의 코팅은 마이크로어레이어에 의해 옮겨진 탐침의 고정을 위해 필요하다. 탐침의 고정을 위해 탐침의 3' 또는 5' 위치에 글라스에 코팅된 물질과 상보적으로 공유결합을 할 수 있는 염기를 삽입할 수 있다. 예를 들면 아민기로 코팅된 글라스에 탐침을 고정시키기 위해서 탐침의 3' 또는 5' 위치에 링커컬럼을 이용하여 알데히드기를 삽입한다. 또한 공유결합 반응이 원활히 이루어지도록 하기 위해 적당한 습도에서 1시간 이상 반응을 유도하고, 6시간 이상 방치하여 DNA 탐침을 고정시킨다.As a method for preparing a DNA chip, a conventional method as shown in Table 1 may be used, and preferably, a pin microarray method is used. In general, the method of manufacturing a DNA chip is as follows. Using all possible open reading frames for which sequences have been identified, the computer finds the primers that are required for PCR at the beginning and end of these identified genes, respectively. These primers have similar annealing temperatures, so they must be able to PCR multiple genes at the same time. After PCR, success is examined on an agarose gel and the amplified genes are concentrated to appropriate concentrations. The amplification and concentration genes are then planted on glass slides, which are often used in microscopic experiments, with microarray machines. In addition to the poly-L-lysine glass, a glass coated with silane, silylate, and super-amine may be used. Coating of the glass is necessary for fixing the probe transferred by the microarray. In order to fix the probe, a base capable of complementarily covalently bonding with the material coated on the glass may be inserted at the 3 'or 5' position of the probe. For example, an aldehyde group is inserted by using a linker column at the 3 'or 5' position of the probe to fix the probe to the glass coated with an amine group. In addition, in order to facilitate a covalent bond reaction, the reaction is induced at an appropriate humidity for 1 hour or more, and left for 6 hours or more to fix the DNA probe.

본 발명에서 사용된 DNA 칩은 cDNA(complementary DNA)를 탐침으로 사용하였는데, 특히 항산화효소 유전자 cDNA를 포함함을 특징으로 한다. 항산화효소 유전자를 검출하기 위한 cDNA 탐침은 대표적인 항산화효소 유전자로서 GPx1, γ-GCS, Catalase, CuZn SOD, Mn SOD, Prx Ⅱ, GST π, Prx I 또는 GR 등의 유전자를 증폭시켜 제작할 수 있다.The DNA chip used in the present invention used cDNA (complementary DNA) as a probe, and is characterized in that it contains the antioxidant enzyme gene cDNA. The cDNA probe for detecting the antioxidant enzyme gene can be produced by amplifying genes such as GPx1, γ-GCS, Catalase, CuZn SOD, Mn SOD, Prx II, GST π, Prx I or GR as representative antioxidant enzyme genes.

탐침과 혼성화 결합을 통해 검출되는 DNA 단편은 시료에서 추출한 유전자를 주형으로 PCR 방법 등의 통상적인 방법을 통해 제작할 수 있다. 본 발명에서는 시료에서 추출한 RNA를 RT-PCR 방법을 통해 DNA를 수득한 후 항산화효소 유전자를 특이적으로 증폭시키는 프라이머 쌍(표 1)을 이용하여 DNA 단편을 제조하였다. 제조된 DNA 단편과 DNA 칩의 혼성화를 확인하기 위해 시료로부터 추출한 RNA로 부터 DNA 합성시 Cy3-dUTP, Cy5-dUTP(Amersham Pharmacia, U.K.) 등의 형광물질을 첨가하여 결합 여부를 확인한다. 이는 임의로 색깔차이로 인해 유전자 발현의 강도를 비교하기 위해서 표지하는 물질이다. 본 발명의 실시예에서는 Cy3-dUTP(녹색), Cy5-dUTP(빨간색)를 사용했지만 Cy3-dCTP, Cy5-dCTP을 사용할 수 있다.DNA fragments detected through hybridization with the probe can be produced by a conventional method such as PCR using a gene extracted from a sample as a template. In the present invention, DNA fragments were prepared using primer pairs (Table 1) that specifically amplify antioxidant enzyme genes after obtaining DNA from RT-PCR using RNA extracted from a sample. In order to confirm the hybridization of the prepared DNA fragment and the DNA chip, the fluorescent material such as Cy3-dUTP and Cy5-dUTP (Amersham Pharmacia, U.K.) is added to confirm DNA binding from RNA extracted from a sample. It is a labeling substance that is optionally labeled to compare the intensity of gene expression due to color differences. In the embodiment of the present invention, Cy3-dUTP (green) and Cy5-dUTP (red) were used, but Cy3-dCTP and Cy5-dCTP may be used.

본 발명의 DNA 칩의 혼성화 결과를 분석하기 위해서 상기 제시된 클러스터링 기법 중 적절한 방법을 사용할 수 있다. 바람직하게는 계층적클러스터링(hierarchical clustering)방법을 사용하여 발현정도가 유사한 유전자끼리 클러스터링 할 수 있도록 하였다.In order to analyze the hybridization result of the DNA chip of the present invention, any of the clustering techniques presented above may be used. Preferably, hierarchical clustering (hierarchical clustering) method was used to cluster the genes with similar expression levels.

이와 같이, 문헌정보학 및 기능유전체학을 결합한 DNA 칩 기술을 이용하여 방사선 조사된 사람의 말초혈액세포에서 항산화효소 유전자의 발현차이를 보여줌으로써 항산화효소 유전자가 분자적 마커(molecular marker)로 개발되는 것이 가능해질 것이다.As such, the antioxidant enzyme gene can be developed as a molecular marker by showing the difference in expression of the antioxidant enzyme gene in peripheral blood cells of irradiated humans using DNA chip technology combining literature informatics and functional genomics. Will be.

본 발명은 하기 실시예로 보다 구체적으로 예시될 것이다. 그러나, 이들 실시예는 단지 본 발명의 구현예이며 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.The invention will be more specifically illustrated by the following examples. However, these examples are merely embodiments of the invention and do not limit the scope of the invention.

<실시예><Example>

실시예 1Example 1

사람 말초혈액세포의 분리 및 방사선 조사Isolation and Irradiation of Human Peripheral Blood Cells

25세에서 30세의 정상인으로부터 혈액을 채취한 다음 혈액 50㎖에 항응고제(EDTA, heparin, ACD)를 처리한 다음 동량의 PBS(phosphate -buffered saline)을 첨가하였다. 15㎖ 튜브에 4㎖의 히스토파크1077(Histopaque 1077, Sigma, U.S.A.)를 채운 후 그 위에 8㎖의 수혈 받은 혈액(blood : PBS=1:1)을 섞이지 않게 살짝 쌓았다. 이 튜브를 스윙 버켓(swing bucket)에서 500 Xg(1,470rpm), 25℃, 30분간 원심분리하였다. 원심분리 하면 튜브 중간에 백혈구층(Buffy coat)이 생기는 데 이층을 파스테르 피펫(pasteur pippet)으로 조심스레 떠서 15㎖ 튜브에 PBS 10㎖을 섞어 다시 700 Xg(1,800 rpm), 25℃, 10분간 세척하였다. 이렇게 얻은 펠렛을 다시 PBS 10㎖로 세척하였다. RPMI 1640(BRL/life technologies) 배지에 56℃에서 45분간 열불활성화(heat-inactive)된 송아지 태아 혈청(fetal calf serum)을 10% 첨가하고, 100㎕/㎖ 페니실린과 10㎍/㎖ 스트렙토마이신 1%를 첨가하였다. 상기 펠렛을 RPMI 1640 배지로 현탁해서 헤모사이토미터(hematocytometer)로 세포의 숫자를 측정하여 1x106 cells/㎖ 가 되도록 T-25 플라스크에 넣은 다음 5% CO2, 37℃의 배양기에서 배양하였다. 4시간 뒤에 상층액만을 회수하여 새로운 T-25 플라스크에 옮겼다. 각 세포들을 5x106 cells 이 되게 4개의 플라스크에 분주하였다. 각 플라스크에 10㎍/㎖ 1% 적혈구 응집소(phytohaemagglutinin, PHA, Sigma)를 첨가하여 24시간 반응시켰다. 말초혈액세포에 60cGy/min인 137Cs 감마선(IBL 427 Irradiator, CIS Bio International, France)이 사용된 기계(인하대학교 의대)에 2Gy가 될 때까지 상온에서 방사선(ionizing radiation) 조사한 다음 2시간 후, 6시간 후 및 24시간 후에 방사선을 조사하지 않은 대조구 세포와 방사선을 조사한 세포를 각각 수집하고 -70℃ 초저온 냉동고에 보관한다.Blood was collected from 25 to 30-year-old normal subjects, and 50 ml of blood was treated with anticoagulants (EDTA, heparin, ACD), and the same amount of PBS (phosphate-buffered saline) was added. A 15 ml tube was filled with 4 ml of Histopaque 1077 (Histopaque 1077, Sigma, USA), and 8 ml of transfused blood (PBS = 1: 1) was lightly stacked thereon. The tube was centrifuged at 500 Xg (1,470 rpm), 25 ° C. for 30 minutes in a swing bucket. Centrifugation creates a white coat in the middle of the tube, which is then carefully shaken with a pasteur pippet, mixed with 10 ml of PBS in a 15 ml tube, followed by 700 Xg (1,800 rpm) at 25 ° C for 10 minutes. Washed. The pellet thus obtained was washed again with 10 ml of PBS. Add 10% heat-inactive fetal calf serum to RPMI 1640 (BRL / life technologies) medium at 56 ° C. for 45 minutes, 100 μl / ml penicillin and 10 μg / ml streptomycin 1 % Was added. The pellet was suspended in RPMI 1640 medium, and the number of cells was measured by a hematocytometer and placed in a T-25 flask to 1 × 10 6 cells / ml, followed by incubation in a 5% CO 2 , 37 ° C. incubator. After 4 hours only the supernatant was recovered and transferred to a new T-25 flask. Each cell was aliquoted into 4 flasks of 5x106 cells. Each flask was reacted for 24 hours by adding 10 µg / ml 1% hemagglutinin (phytohaemagglutinin, PHA, Sigma). After 2 hours of irradiation at room temperature until 2 Gy was irradiated to a machine (Inha University Medical School) using 137Cs gamma rays (IBL 427 Irradiator, CIS Bio International, France) with 60 cGy / min of peripheral blood cells, 6 hours later, 6 After hours and after 24 hours, non-irradiated control cells and irradiated cells are collected and stored in a -70 ° C cryogenic freezer.

실시예 2Example 2

사람 말초혈액세포로부터 총 RNA의 추출Extraction of Total RNA from Human Peripheral Blood Cells

실시예 1에서 제조한 말초혈액세포로부터 총 RNA를 추출하였다. 실시예 1의 말초혈액세포로부터 트리졸(TRIzol, GIBCO-BRL Grand Island, NY, U.S.A.) 방법을 사용하여 총 RNA를 분리하였다. 이때 사용한 모든 용액은 0.1% 디에틸피로카보네이트 처리수(diethyl pryrocarbonate-treated water , DEPC-dH2O)로 RNA분해효소 활성(RNase activity)을 저해하기 위해 처리하였다. 상기 실시예 1에서 배양된 말초혈액세포 세포들을 PBS로 완전하게 세척한 다음 1㎖의 TRIzol/1x106cells 시약을 첨가하여 피핏팅하여 세포를 분쇄하였다. 얼음에서 20분간 방치한 후, 분쇄물을 4℃에서 14,000rpm으로 15분간 원심분리하였다. 상층액에 200㎕의 클로로포름을 첨가하고 15초 동안 볼텍싱(vortexing)하여 섞어 주고 이를 3회 반복하였다. 얼음에서 20분간 방치한 후, 혼합물을 4℃에서 14,000rpm으로 15분간 원심분리하였다. 새 튜브에 상층액만 따서 동량의 페놀/클로로포름, 0.2M 아세트산 나트륨(pH 5.2)을 첨가하여 5초 동안 섞어 주고 이를 3회 반복하였다. 얼음에서 20분간 방치한 후, 혼합물을 4℃에서 14,000rpm으로 15분간 원심분리하였다. 상층액과 동일 양의 이소프로판올을 첨가하여 혼합하고, -70℃에서 1 내지 12시간 보관한 후, 4℃에서 14,000rpm으로 10분간 원심분리하여 총 RNA를 획득하였다. RNA 펠렛을 DEPC-dH2O 처리된 1㎖의 75% 에탄올로 씻어준 다음 건조시키고, DEPC-dH2O로 재 균질화시킨 뒤 -70℃에서 보관하였다. RNA 농도는 동일한 조건 하에서 260㎚(RNA;1 OD 260 = 40 ㎍ of RNA/㎖)와 280㎚의 흡광도를 측정하였다. 1% TAE 아가로스 겔에 1㎕을 러닝(running)하였다.Total RNA was extracted from the peripheral blood cells prepared in Example 1. Total RNA was isolated from the peripheral blood cells of Example 1 using the Trizol (TRIZol, GIBCO-BRL Grand Island, NY, U.S.A.) method. All the solutions used were treated with 0.1% diethyl pryrocarbonate-treated water (DEPC-dH 2 O) to inhibit RNAse activity. Peripheral blood cell cells cultured in Example 1 were completely washed with PBS, and then pitted by adding 1 ml of TRIzol / 1 × 10 6 cells reagent to grind the cells. After standing for 20 minutes on ice, the mill was centrifuged at 14,000 rpm for 15 minutes at 4 ° C. 200 μl of chloroform was added to the supernatant, mixed by vortexing for 15 seconds, and repeated three times. After standing for 20 minutes on ice, the mixture was centrifuged at 14,000 rpm for 15 minutes at 4 ° C. To the new tube was added the same amount of phenol / chloroform, 0.2M sodium acetate (pH 5.2), only supernatant, mixed for 5 seconds and repeated three times. After standing for 20 minutes on ice, the mixture was centrifuged at 14,000 rpm for 15 minutes at 4 ° C. The same amount of isopropanol was added and mixed with the supernatant, and stored for 1 to 12 hours at -70 ° C, followed by centrifugation at 14,000 rpm for 10 minutes at 4 ° C to obtain total RNA. RNA pellets were washed with 1 ml of 75% ethanol treated with DEPC-dH 2 O, dried, re-homogenized with DEPC-dH 2 O and stored at -70 ° C. The RNA concentration was measured for absorbance at 260 nm (RNA; 1 OD 260 = 40 μg of RNA / ml) and 280 nm under the same conditions. 1 μl was run on a 1% TAE agarose gel.

실시예 3Example 3

사람 말초혈액세포의 총 RNA를 이용한 DNA 단편의 제조Preparation of DNA Fragment Using Total RNA of Human Peripheral Blood Cells

실시예 2에서 분리한 방사선을 조사하지 않은 대조군과 방사선을 조사한 실험군의 총 RNA를 이용하여 형광물질이 표지된 cDNA를 제조하였다. 총 RNA 50㎍에 2㎍의 18머 올리고 dT(Tele-chem)을 넣고 70℃에서 10분간 RNA를 변성시킨 다음 바로 얼음에 박았다. 방사선을 조사하지 않은 대조군과 방사선을 조사한 실험군의 50㎍ RNA의 각각 튜브에 10uM dNTP, 100uM DTT, 50uM Cy3-dUTP(control RNA, Amersham Pharmacia, U.K.)과 Cy5-dUTP(처리된 RNA, Amersham Pharmacia, U.K.), 200 u 역전사 효소(reverse transcriptase, 4U/㎕, GIBCO-BRL Grand Island, NY, U.S.A.)을 넣고 총 부피를 30㎕가 되도록 하였다. 이때, 방사선 처리된 말초혈액세포의 RNA는 Cy5-dUTP로 표지하고 방사선 처리되지 않은 말초혈액세포의 RNA는 Cy3-dUTP로 표지하였다. 각각의 튜브를 42℃에서 2시간 배양한 다음 각 형광물질로 표지된 뉴클레오티드를 잘 혼합하고 1.5 N 수산화나트륨과 2.5mM EDTA을 첨가하여 65℃에서 10분간 배양시켰다. 여기에 pH 8.0 TE 용액을 470㎕을 첨가한 후 마이크로콘-30(Millipore, U.S.A.)에 넣어서 14,000rpm에서 5분간 원심분리하였다. 원심분리 후, Cy3, Cy5가 각각 8㎕씩 남게 농축시킨다음 컬럼을 뒤집어서 5,000rpm에서 2분간 원심분리하였다.Fluorescently labeled cDNA was prepared using the total RNA of the irradiated control group and the irradiated experimental group irradiated in Example 2. 2 μg of 18-mer oligo dT (Tele-chem) was added to 50 μg of total RNA, and the RNA was denatured at 70 ° C. for 10 minutes and immediately put on ice. Each tube of 50 μg RNA of the control group and the irradiated control group and the irradiated group was irradiated with 10 μM dNTP, 100 μM DTT, 50 μM Cy3-dUTP (control RNA, Amersham Pharmacia, UK) and Cy5-dUTP (treated RNA, Amersham Pharmacia, UK), 200 u reverse transcriptase (4 U / μl, GIBCO-BRL Grand Island, NY, USA) was added and the total volume was 30 μl. At this time, RNA of the peripheral blood cells treated with radiation was labeled with Cy5-dUTP and RNA of the peripheral blood cells without radiation treatment was labeled with Cy3-dUTP. Each tube was incubated at 42 ° C. for 2 hours, and then the nucleotides labeled with each fluorescent material were mixed well and incubated at 65 ° C. for 10 minutes by addition of 1.5 N sodium hydroxide and 2.5 mM EDTA. After adding 470 μl of a pH 8.0 TE solution, the solution was placed in microcon-30 (Millipore, U.S.A.) and centrifuged at 14,000 rpm for 5 minutes. After centrifugation, each of Cy3 and Cy5 was concentrated to 8 μl, and then the column was inverted and centrifuged at 5,000 rpm for 2 minutes.

실시예 4Example 4

사람 말초혈액세포의 RNA로부터 제조한 DNA 단편 및 cDNA 칩과의 혼성화(hybridization)Hybridization with DNA Fragments and cDNA Chips Prepared from RNA of Human Peripheral Blood Cells

실시예 3에서 말초혈액세포의 총 RNA를 역전사하여 제조한 cDNA와 1,221개의 공지된 유전자 cDNA 칩(GenoCheck, Korea)과의 혼성화반응을 실시하였다.In Example 3, hybridization of cDNA prepared by reverse transcription of total blood cells of peripheral blood cells with 1,221 known gene cDNA chips (GenoCheck, Korea) was performed.

실시예 3에서 제조한 각각의 cDNA를 잘 혼합하고 20X SSC 2.5㎕와 10% SDS 0.3㎕을 첨가하여 95℃에서 2분간 끓였다. 혼성화 챔버(hybridization chamber)에 스팟이 찍힌 부분을 표시한 글라스를 깔고 그 위에 상기 cDNA 칩을 올려놓았다. cDNA를 글라스에 버블이 생기지 않게 잘 놓은 다음 22 x 22mm 커버 글라스로 덮었다. 글라스 양측면에 습기를 주기 위해 3X SSC을 떨어뜨린 다음 사람의 COT1 DNA, 효모 DNA, 및 폴리디옥시아데닐릭 산(polydeoxyadenylic acid)을 넣고 챔버(humidified chamber, CMT-hybridization chamber, Corning)에서 65℃로 16시간동안 혼성화시켰다. 혼성화가 종료되면 슬라이드를 상온에서 0.1% SDS를 포함하는 0.5X SSC로 한 번 세척하고, 0.06X SSC로 5분간 다시 세척한 후 500 rpm, 25℃, 1분 30초간 원심분리한 다음 레이저 공초점 현미경(laser confocal microscope)(GenePix 5000, U.S.A.)이 있는 엑손 스캔어레이(Exon scanarray) 5000으로 스캔(scan)하였다.Each cDNA prepared in Example 3 was mixed well, and 2.5 µl of 20X SSC and 0.3 µl of 10% SDS were added and boiled at 95 ° C for 2 minutes. In the hybridization chamber (hybridization chamber) was placed on the glass marking the spots on which the cDNA chip was placed. The cDNA was placed well without bubbles in the glass and then covered with a 22 x 22 mm cover glass. Drop 3X SSC to moisten both sides of the glass, add human COT1 DNA, yeast DNA, and polydeoxyadenylic acid to 65 ° C in a humidified chamber (CMT-hybridization chamber, Corning). Hybridization for 16 hours. At the end of hybridization, slides were washed once with 0.5X SSC containing 0.1% SDS at room temperature, washed again with 0.06X SSC for 5 minutes, centrifuged at 500 rpm, 25 ° C for 1 minute 30 seconds, and then laser confocal. Scanning was performed with an Exon scanarray 5000 with a laser confocal microscope (GenePix 5000, USA).

실험 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이, 방사선을 조사한 여부에 따라 발현된 유전자가 녹색과 빨간색으로 나타났다.As a result of the experiment, as shown in FIG. 1, the expressed genes were shown in green and red according to the irradiation.

실시예 5Example 5

cDNA 칩 데이터의 계층적 클러스터링(Hierarchial Clustering)을 통한 유전자 발현양상 조사Investigation of gene expression patterns by hierarchical clustering of cDNA chip data

cDNA 칩에서 방사선에 의해 유도된 유전자의 발현양상은 형광물질의 발광정도를 측정하여 비교하였다. 2개의 형광물질의 발광(fluorescence) 이미지(Cy3 및 Cy5)를 532nm, 635nm 파장으로 스캔하였고 각각 백그라운드(background)가 올라가지 않고 시그날이 최대로 취해질 수 있는 레이저 강도(laser intensity)와 PMT 감도를 설정하였다. 방사선 조사에 대해서 변화가 거의 없는 유전자 수준을 정상 범위로 설정하여 정상 범위 이상이면 방사선-반응성 유전자로 분류하였다. 즉,β-actin, GAPDH유전자를 기준(standard)으로 하여 “1”로 보고 그것과 비교해서 비율(ratio) 값이 2배 이상이면 상향조절(up-regulate)되는 유전자(방사선-반응성 유전자)로 보고, 비율(ratio) 값이 0.5배 이하이면 하향조절(down-regulate)되는 유전자로 보았다. 시간별 유전자 발현양상을 세트별로 조사하기 위하여 Eisen(Eisen et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 95, 14863~14868. 1998)의 방법에 따라 GeneSpring 소프트웨어(Silicon Genetics, CA., U.S.A., 2001)를 사용하여 클러스터링을 수행하였다.Expression patterns of genes induced by radiation in the cDNA chip were compared by measuring the degree of luminescence of the fluorescent material. The fluorescence images (Cy3 and Cy5) of the two fluorescent materials were scanned at wavelengths of 532nm and 635nm, respectively, and laser intensity and PMT sensitivity were set to maximize the signal without increasing the background. . Gene levels with little change for irradiation were set at normal ranges and classified as radiation-responsive genes above normal ranges. In other words,β-actin, GAPDHIf the gene is considered as “1” as a standard and the ratio is more than 2 times higher than that, it is regarded as an up-regulated gene (radiation-responsive gene). If it is 0.5 times or less, it was considered as a down-regulated gene. Eisen (Eisen et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 95, 14863-14868. Clustering was performed using GeneSpring software (Silicon Genetics, CA., U.S.A., 2001) according to the method of 1998).

상기 cDNA 칩의 혼성화 결과를 유전자 발현양상이 유사한 유전자끼리 클러스터링 할 수 있었다. 클러스터링 결과를 각각 도 2와 도 3에 나타내었다. 각 스팟의 시그날을 각 슬라이드의 스팟 시그날의 평균값으로 나눠서 표준화하였다. cDNA 칩의 1,221개 유전자 중에서 62개 유전자가 방사선에 조사되고 난 후 2시간 정도에유도되었고(도 3의 패널 A), 16개의 유전자가 방사선 조사 후 6시간 후에 유도되었으며(도 3의 패널 B). 방사선 조사 후 24시간 후에는 27개의 유전자가 나타났다(도 3의 패널 C). 또한 변화가 없는 유전자(house keeping gene)을 포함하는 251개 유전자들도 나타났다(도 3의 패널 D). 그리고 1,221유전자 중 865개 유전자는 특정한 범주로 분류할 수 없었다. 이런 유전자들은 여러 정상적인 사람들에게서 나타나는 결과를 보였다.Hybridization results of the cDNA chip were able to cluster between genes with similar gene expression patterns. Clustering results are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. The signal of each spot was normalized by dividing by the average value of the spot signal of each slide. Of the 1,221 genes of the cDNA chip, 62 genes were induced 2 hours after irradiation (Panel A of FIG. 3), and 16 genes were induced 6 hours after irradiation (Panel B of FIG. 3). . Twenty-seven genes appeared 24 hours after irradiation (Panel C of Figure 3). In addition, 251 genes were shown, including the house keeping gene (Panel D of FIG. 3). And 865 genes among 1,221 genes could not be classified into specific categories. These genes have been shown in many normal people.

실시예 6Example 6

역전사연쇄중합반응(RT-PCR)을 통해 방사선 조사된 사람 말초혈액세포에서 수득한 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상 분석Analysis of Hourly Expression of Antioxidant Enzyme Genes Obtained from Human Peripheral Blood Cells Irradiated by Reverse Transcription Chain Polymerization (RT-PCR)

상기 실시예 2의 말초혈액세포로부터 추출한 RNA를 역전사하여 항산화효소 유전자를 동정하였다. RNA 1㎍에 10X 랜덤 핵사머(random hexamer) 1㎕를 넣고, 20㎕이 되도록 DEPC-처리수를 첨가한 후, 70℃에서 10분간 반응시키고, 곧바로 얼음으로 냉각시켰다. 상기 시료에 5x 첫번째 가닥 완충액(first strand buffer) 4㎕, 100mM DTT, 10mM dNTP 혼합액 4㎕, 0.2㎕ M-MLV 역전사 효소를 넣어 잘 섞어주고 원심 분리한 후 37℃ 1시간 30분 반응시킨 다음 65℃에서 10분간 배양하여 잔류 단백질을 불활성화 시켰다. 여기에 증류수를 30㎕을 넣어서 다음 사용할 때까지 -20℃에서 보관하였다. 이렇게 해서 만들어진 DNA는 10x 완충용액 2㎕, 10mM dNTP 1.6㎕, 9종류의 항산화효소 유전자를 증폭하기 위하여 사용한 프라이머 쌍(50pmol)각각 0.5㎕, DNA 1㎕, Taq polymerase(TaKaRa, 5U/㎕) 0.1㎕ 및 나머지는 증류수로 20㎕로 맞춰서 첨가한 후, 94℃에서 5분간, 95℃에서 1분간, 54℃에서 1분간, 72℃에서 1분간 과정을 35 사이클 수행하였다. 72℃에서 10분간 신장시킨 다음 1% TAE 아가로스 겔에서 확인하였다. 이때,β-actin를 마커로 하고 방사선을 조사하지 않은 대조군의 말초혈액세포, 방사선 조사한 후 2시간, 6시간, 24시간 경과한 말초혈액세포를 RT-PCR한 DNA를 아가로스 겔에서 확인하였다.The RNA extracted from the peripheral blood cells of Example 2 was reverse transcribed to identify antioxidant enzyme genes. 1 μl of RNA and 1 μl of 10 × random hexamer were added, DEPC-treated water was added to 20 μl, and then reacted at 70 ° C. for 10 minutes, and immediately cooled with ice. 4 μl of 5 × first strand buffer, 100 μl DTT, 4 μl of 10 mM dNTP mixture, 0.2 μl M-MLV reverse transcriptase, mix well, centrifuge, and react at 37 ° C. for 1 hour 30 minutes. Incubation of residual protein by incubation for 10 minutes at ℃. 30 μl of distilled water was added thereto and stored at −20 ° C. until next use. The DNA thus prepared was 2 μl of 10 × buffer solution, 1.6 μl of 10 mM dNTP, 0.5 μl of primer pair (50 pmol) used to amplify 9 kinds of antioxidant enzyme genes, 1 μl of DNA, 0.1 μg of DNA, Taq polymerase (TaKaRa, 5U / μl) 0.1 After the addition of the solution was adjusted to 20 μl with distilled water, 35 cycles were performed for 5 minutes at 94 ° C., 1 minute at 95 ° C., 1 minute at 54 ° C., and 1 minute at 72 ° C. Elongation at 72 ° C. for 10 minutes was then confirmed on 1% TAE agarose gel. At this time, the DNA obtained by RT-PCR of the peripheral blood cells of the control group irradiated with β-actin and irradiated with the peripheral blood cells after 2 hours, 6 hours, and 24 hours after irradiation was confirmed on an agarose gel.

그 결과로서, 항산화효소 유전자들이 2시간, 6시간, 24시간에 따라 발현하는 양상은 지속적으로 증가하였다. 아가로스 겔에 의해 발현이 확인된 항산화효소 유전자는 6종류인 GPx1, γ-GCS, Catalase, CuZn SOD, Mn SOD 및 Prx Ⅱ이다(도 4). 또한 6종류의 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 조사하기 위하여 서로 다른 정상인 사람으로부터 분리한 말초혈액세포를 방사선 조사한 시료를 대상으로 실험하였는데 이는 다른 개체 사이의 시간별 발현양상의 재현성을 보기 위한 것이다. 조사한 바에 의하면 개체간의 유도수준(induction level)이 1.5배 보다 작았으며, 시간별 발현양상은 개체간에 비슷하였다. 이것은 유도된 전사수준(transcript level)이 뚜렷한 범위(range)의 값을 가질 때 이들 항산화효소 유전자 mRNA가 바이오마커(biomarker)로서 각각의 환자에서 이용될 수 있음을 의미한다.As a result, the expression of antioxidant enzyme genes increased continuously over 2 hours, 6 hours and 24 hours. The antioxidant enzyme genes identified by agarose gels were GPx1, γ-GCS, Catalase, CuZn SOD, Mn SOD and Prx II, which are six types (Fig. 4). In addition, to investigate the time-dependent expression patterns of six kinds of antioxidant enzyme genes, experiments were conducted on the samples irradiated with peripheral blood cells isolated from normal humans, to see the reproducibility of the time-dependent expression patterns among different individuals. According to the results, the induction level between individuals was less than 1.5 times, and the expression patterns over time were similar among individuals. This means that these antioxidant enzyme gene mRNAs can be used in each patient as a biomarker when the induced transcript levels have a range of values.

본 발명은 방사선 조사된 사람의 말초혈액세포에서 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 분석하는 방법 및 이를 위한 DNA 칩을 제공함으로써 방사선 치료에 의한 암환자의 반응을 비교 분석하는데 유용될 수 있다.The present invention can be useful for comparatively analyzing the response of cancer patients by radiation therapy by providing a method for analyzing the expression patterns of antioxidant enzyme genes in peripheral blood cells of irradiated humans and a DNA chip therefor.

Claims (3)

방사선 조사된 사람 말초혈액세포로부터 경과시간에 따라 수득한 유전자 중 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 분석하여 방사선 치료에 대한 암환자의 반응을 평가하기 위해 항산화효소 유전자 cDNA가 기판에 집적된 DNA 칩.A DNA chip in which an antioxidant enzyme gene cDNA is integrated on a substrate in order to evaluate a response of cancer patients to radiation therapy by analyzing the expression patterns of antioxidant enzyme genes in the genes obtained according to elapsed time from irradiated human peripheral blood cells. 제 1항에 있어서, 하기와 같이 DNA 단편에 대응하여 항산화효소 유전자를 하나 이상 증폭시키고, 증폭된 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 분석하는데 사용되는 DNA 칩:The DNA chip of claim 1, wherein the DNA chip is used to amplify one or more antioxidant enzyme genes corresponding to the DNA fragments and to analyze the time-dependent expression patterns of the amplified antioxidant enzyme genes. 서열번호 1 및 2의 DNA 단편 - GPx1;DNA fragments of SEQ ID NOs: 1 and 2-GPx1; 서열번호 3 및 4의 DNA 단편 - γ-GCS;DNA fragments of SEQ ID NOs: 3 and 4-γ-GCS; 서열번호 5 및 6의 DNA 단편 - Catalase;DNA fragments of SEQ ID NOs: 5 and 6-Catalase; 서열번호 7 및 8의 DNA 단편 - CuZn SOD;DNA fragments of SEQ ID NOs: 7 and 8—CuZn SOD; 서열번호 9 및 10의 DNA 단편 - Mn SOD; 및DNA fragments of SEQ ID NOs: 9 and 10—Mn SOD; And 서열번호 11 및 12의 DNA 단편 - Prx Ⅱ.DNA fragments of SEQ ID NOs: 11 and 12-Prx II. 사람으로부터 말초혈액세포를 채취하고, 채취된 말초혈액세포를 일반적인 방사선 치료에 사용되는 선량으로 조사한 후, 조사된 말초혈액세포로부터 경과시간에 따라 RNA를 추출하고, 추출한 RNA를 역전사시켜 DNA를 생성하며, 생성된 DNA를 (a) 서열번호 1 및 2의 DNA 단편; (b) 서열번호 3 및 4의 DNA 단편; (c) 서열번호 5 및6의 DNA 단편; (d) 서열번호 7 및 8의 DNA 단편; (e) 서열번호 9 및 10의 DNA 단편; 및 (f) 서열번호 11 및 12의 DNA 단편으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 프라이머 쌍으로 항산화효소 유전자를 증폭시키고, 증폭된 항산화효소 유전자의 시간별 발현양상을 분석하여 방사선 치료에 대한 암환자의 반응을 평가하는 방법.Peripheral blood cells are collected from humans, the collected peripheral blood cells are irradiated with a dose used for general radiation therapy, RNA is extracted from the irradiated peripheral blood cells according to elapsed time, and the extracted RNA is reverse transcribed to generate DNA. And, the generated DNA (a) DNA fragments of SEQ ID NO: 1 and 2; (b) DNA fragments of SEQ ID NOs: 3 and 4; (c) DNA fragments of SEQ ID NOs: 5 and 6; (d) DNA fragments of SEQ ID NOs: 7 and 8; (e) DNA fragments of SEQ ID NOs: 9 and 10; And (f) amplifying the antioxidant enzyme gene with one or more primer pairs selected from the group consisting of DNA fragments of SEQ ID NOs: 11 and 12, and analyzing the time-dependent expression patterns of the amplified antioxidant enzyme genes to respond to cancer patients' response to radiation therapy. How to evaluate.
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