KR20070088979A - Marker protein for diagnosis of a cancer, diagnosing method and kit for cancer using the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 Partial least square analysis방법에 따른 올리고뉴클레오티드 마이크로어레이를 이용하여 림프절 전이(Lymph node(LN) metastasis)상태를 관찰한 것이다.Figure 1 shows the lymph node metastasis (Lymph node (LN) metastasis) state using the oligonucleotide microarray according to the partial least square analysis method.
도 2는 cDNA 마이크로 어레이를 이용하여, 폐암환자들 사이에서 나타나는 유전자의 발현양상의 차이를 선별하는 방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다.Figure 2 shows a schematic diagram of a method for screening differences in the expression patterns of genes among lung cancer patients using a cDNA microarray.
도 3a 내지 도 3c는 종래에 알려진 항체 마이크로어레이 제조과정을 나타내는 모식도이다.Figures 3a to 3c is a schematic diagram showing a conventional manufacturing process of the antibody microarray.
도 4는 종래에 알려진 웨스턴 블랏팅 분석 절차를 보여주는 모식도이다. (출처: http://www.bseinquiry.gov.uk/report/volume2/fig1_8.htm)4 is a schematic diagram showing a conventionally known Western blotting analysis procedure. (Source: http://www.bseinquiry.gov.uk/report/volume2/fig1_8.htm)
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 항체 마이크로어레이를 이용한 폐암조직에서 특이적으로 발현되는 단백질을 분석한 결과이다.5 is a result of analyzing a protein specifically expressed in lung cancer tissue using the antibody microarray according to Example 2 of the present invention.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명이 실시예 3에 따른 웨스턴 블랏팅을 이용한 혈청내 폐암조직에서 특이적으로 발현되는 단백질을 분석한 결과이다.Figures 6a to 6b is a result of analyzing the protein specifically expressed in the lung cancer tissue in serum using Western blotting according to Example 3.
본 발명은 폐암 환자에서 정상인과 차별적으로 발현되는 단백질, 이를 코딩하는 폴리뉴클레오티드, 및 이의 용도에 관한 것으로서, 혈액 내 함유량으로 폐암을 조기 진단할 수 있으며, 마이크로 어레이를 이용할 경우 폐암의 조기진단에 있어 결과의 판독이 신속 정확하여 효율적이며, 혈청만으로 진단이 가능하므로 진단이 용이하고 편리한 장점이 있다. The present invention relates to a protein differentially expressed in a lung cancer patient, a polynucleotide encoding the same, and a use thereof, which enables early diagnosis of lung cancer by blood content, and the use of a micro array for early diagnosis of lung cancer. The reading of the results is quick and accurate and efficient, and since the diagnosis can be made only with serum, the diagnosis is easy and convenient.
여러 가지 암 환자의 체액중에는 다수의 세포성 단백질이 증가하거나, 감소하는 것으로 나타난다. 암 환자에 있어서, 암세포 특이적인 발현양상을 나타내는 단백질의 유무 또는 발현양 분석함으로써, 암에 대한 진단 및 예후 판정에 이용할 수 있다. 예를 들면, 전립선 특이 항원(PSA)가 혈청 수준에서 증가한 것은 사람 전립선 암 존재의 지료로서 사용되어 왔다. Numerous cellular proteins appear to increase or decrease in the body fluids of various cancer patients. In cancer patients, it can be used for diagnosis and prognosis of cancer by analyzing the presence or absence of expression of the protein showing the cancer cell specific expression pattern. For example, an increase in prostate specific antigen (PSA) at serum levels has been used as a marker for the presence of human prostate cancer.
혈액, 조직 시료등에서 분석가능한 몇몇 진단 마커가 알려져 있으며, 그 예로는 Carcinoembryonicc antigen(CEA), alpha Fetoprotein(AFP),전립선 특이적 항원(Prostate Specific Antien PSA)이 있다. 그러나 이러한 마커들은 암의 존재 유무에 대한 민감도 및 특이도가 낮다. 따라서 상기 진단방법은 시간과 노동력이 많이 소요되는 임상적 분석방법으로 검증할 필요가 있다(예, X-ray, mammograms, biopsies등). Several diagnostic markers that can be analyzed in blood, tissue samples, etc. are known, for example, Carcinoembryonicc antigen (CEA), alpha Fetoprotein (AFP), and prostate specific antigen (Prostate Specific Antien PSA). However, these markers have low sensitivity and specificity for the presence or absence of cancer. Therefore, the diagnosis method needs to be verified by a clinical analysis method that requires time and labor (eg, X-rays, mammograms, biopsies, etc.).
폐암은 최근 수십년간 그 빈도가 급속히 증가하여, 오늘날에는 서양에서는 남자와 여자 모두에게서 가장 많이 발생하는 악성종양이 되었으며, 우리나라에서도 남자에서는 위암 다음으로 많은 악성종양이다. 여자에게서도 놀랄 만큼 그 빈도가 증가하고 있다. 폐암환자들의 증상은 그 증상이 없이 신체검사나 다른 질환으로 병원에서 검사도중 우연히 발견되는 경우에서부터 폐암의 양상에 따라 다양하게 나타날 수 있다. 비소세포 폐암은 소세포 폐암을 제외한 편평상피암, 선암, 대세포암이 포함되는데, 이 세 조직형의 진행 양상이 비슷하고 치료방법도 동일하여 하나로 분류하여 치료하고 있다. T3N0는 어떤 크기의 암종이든 흉벽, 횡경막, 종경동흉막, 벽측심낭을 침습한 경우 또는 기관분지로부터 2cm 이내이 주 기관지가 침습된 경우 또는 전폐에 확산된 무기폐 혹은 폐쇄성 폐암이 있는 경우(T3)를 말하며 국소림프절 전이가 없는 경우(N0)이다. 폐암의 병기로는 1병기는 암이 폐실질에 국한되어 있고 3cm 이하인 경우를 말하고, 2병기는 암이 주위의 림프절에 퍼져 있고 늑막까지 퍼져있는 경우, 3병기는 암이 흉벽과 횡경막까지 퍼져 있거나 종격동림프절에 퍼져 있는 경우를 3A 병기라고 하며 3A기 까지 수술이 가능하고, 3B 병기는 종격동의 혈관, 식도, 기관등에 침범한 경우로 수술불가능 경우이다. 4병기는 암이 타장기(간, 뼈, 뇌, 골수)까지 퍼진 경우을 말한다. Lung cancer has increased rapidly in recent decades, and today it is the most common malignant tumor in both men and women in the West, and is the second most common malignant tumor in Korea. The frequency is surprisingly increasing in women. Symptoms of patients with lung cancer may vary from the case of accidentally detected during the physical examination or other disease in the hospital without the symptoms, depending on the pattern of lung cancer. Non-small cell lung cancer includes squamous cell carcinoma, adenocarcinoma, and large cell carcinoma except small cell lung cancer. The three tissue types have similar progression and treatment methods are classified into one. T3N0 refers to any size carcinoma invading the chest wall, diaphragm, mediastinal pleural pleural wall, pericardial pericardium, or invading the main bronchus within 2 cm of the trachea, or having a diffuse lung or obstructive lung cancer (T3). There is no local lymph node metastasis (N0). The stage of lung cancer refers to the case where the cancer is confined to the lung parenchyma and is less than or equal to 3 cm. In
폐암의 진단에 가장 중요하고 간편한 검사방법인 흉부X선 촬영으로 폐의 종괴를 발견할 수 있으며 그밖에 폐렴에 의한 침윤, 기관지폐쇄에 의한 폐허탈, 늑막삼출액유무, 횡격막신경으로의 침범에 의한 횡격막의 상승과 같은 소견을 볼 수 있으며 늑골 등 흉곽골격으로의 전이소견을 볼 수 다. 또한 원발종양의 종격동이나 주위조직으로의 침범 범위를 확인하고 원격전이 등의 발견에 전산화 단층촬영이나 자기공명촬영이 유용하게 이용된다. 그리고 객담내 세포검사, 기관지 내시경 및 기 관지 생검에 의해 조직학적으로 폐암을 확진할 수 있다. Chest X-ray, which is the most important and convenient test for the diagnosis of lung cancer, can detect the mass of lungs. Elevation can be seen and metastases to rib cage such as ribs can be seen. In addition, computerized tomography or magnetic resonance imaging is useful for identifying the extent of involvement in the mediastinum or surrounding tissue of a primary tumor and for distant metastasis. Lung cancer can be confirmed histologically by sputum cytology, bronchoscope, and bronchial biopsy.
그러나 폐암환자의 대략 절반은 발견 당시 이미 수술이 불가능하며 수술이 가능하다고 판단되어 수술을 시행하여도 그중 많은 수에서는 완전절제가 불가능한데, 그 이유는 증상이 있어 병원을 찾는 많은 환자는 이미 병이 진행되어 완치가 불가능한 상태이기 때문이다. 그러므로 폐암의 완치율을 높이기 위해서있는 폐암의 조기진단 치료가 가장 중요하다. However, about half of lung cancer patients are already inoperable at the time of discovery, and it is determined that surgery is possible, and even a large number of them are not completely resected. This is because the progress is impossible to cure. Therefore, the early diagnosis treatment of lung cancer is the most important to increase the cure rate of lung cancer.
폐암은 세부적인 진단이 어렵다는 문제를 갖는다. 경험이 많은 병리학자들 사이에서도 폐암의 세부 유형에 대한 의견이 엇갈린다는 사실을 봐도 그 어려움을 짐작할 수 있다. 이 같이 폐암의 세부적인 진단이 어려운 이유는 진단에 유용한 표지(marker)가 제한적이기 때문이다. 예를 들어, 백혈병(leukemia)이나 임파종(lymphoma) 같은 혈액암의 경우에는 표지가 여럿 동정돼 있어 세부적인 진단이 용이한데 반해 폐암의 경우는 그렇지가 못하다. 대부분의 충실성 종양(solid tumors)의 경우에도 폐암과 유사한 문제가 발견된다. Lung cancer has a problem that detailed diagnosis is difficult. Even experienced veteran scientists may find it difficult to see mixed opinions about the specific types of lung cancer. Such a detailed diagnosis of lung cancer is difficult because the markers useful for the diagnosis are limited. For example, in the case of blood cancers such as leukemia or lymphoma, multiple markers are identified, making detailed diagnosis easier, whereas in the case of lung cancer. Similar problems with lung cancer are found in most solid tumors.
따라서, 혈액등 포함하는 생물학적 시료에 존재하며 암 특이적인 마커 및 이들 마커를 이용한 높은 정확도와 정밀도로 암을 진단할 수 있는 방법에 대한 개발이 절실하다. Therefore, there is an urgent need for the development of cancer specific markers present in biological samples including blood and methods for diagnosing cancer with high accuracy and precision using these markers.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 폐암 환자의 혈청의 단백질 발현 패턴을 이용한 폐암 조기진단을 위한 단백질 및 이를 코딩하는 유전자를 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a protein for the early diagnosis of lung cancer using a protein expression pattern of the serum of lung cancer patients and genes encoding the same.
본 발명이 또다른 목적은 폐암 조기진단 결과의 판독에 있어 신속성과 정확성을 높일 수 있는, 폐암 환자의 혈청에 특이적으로 발현되는 단백질을 코딩하는 유전자를 프로브로 사용한 DNA 마이크로어레이를 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a DNA microarray using a gene encoding a protein specifically expressed in the serum of lung cancer patients as a probe, which can increase the speed and accuracy in reading the early diagnosis of lung cancer.
본 발명의 또다른 목적은 혈청에 존재하는 단백질을 폐암 진단용 마커를 제공하여, 혈청만으로도 폐암진단을 정확하고 용이하게 하는 방법을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a marker for diagnosing lung cancer of proteins present in serum, and to provide a method for accurately and easily diagnosing lung cancer using only serum.
본 발명의 또다른 목적은 폐암 환자의 혈청에 특이적으로 발현되는 단백질 또는 상기 단백질을 코딩하는 유전자를 폐암진단용 마커로 사용하여 암을 진단하는 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for diagnosing cancer using a protein specifically expressed in the serum of a lung cancer patient or a gene encoding the protein as a marker for diagnosing lung cancer.
본 발명의 또다른 목적은 상기 단백질에 대한 항체, 및 이를 이용하여 폐암진단을 정확하고 용이하게 하는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an antibody against the protein, and a method for accurately and easily diagnosing lung cancer using the same.
본 발명은 폐암 마커 폴리펩티드(marker polypeptide), 및 이를 이용한 폐암 진단방법, 상기 폴리펩티드(polypeptide)에 대한 항체, 및 상기 항체를 제조하는 방법, 및 상기 폐암 마커 폴리펩티드에 대응하는 염기서열을 포함하는 폐암 진단용 핵산 프로브(probe)에 관한 것이다. The present invention is a lung cancer marker polypeptide, and lung cancer diagnostic method using the same, an antibody against the polypeptide (polypeptide), and a method for producing the antibody, for lung cancer diagnostics comprising a base sequence corresponding to the lung cancer marker polypeptide It relates to nucleic acid probes.
또한, 하기 표 1a 및 표 1b에 나타낸 폴리뉴클레오티드 서열에 의해 코딩되는 단백질로 이루어지는 폐암 마커 폴리펩티드(marker polypeptide), 및 이를 코딩하는 유전자에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a lung cancer marker polypeptide consisting of a protein encoded by a polynucleotide sequence shown in Tables 1A and 1B, and a gene encoding the same.
에 특이성을 가지는 항체를 1종 이상 포함하는 폐암 진단용 키트(kit)를 제 공한다.To provide a lung cancer diagnostic kit (kit) comprising at least one antibody having a specificity.
[표 1a]TABLE 1a
[표 1b]TABLE 1b
본 발명은 또한 상기 표 1a 및 표 1b에 나타낸 폴리뉴클레오티드 서열에 의해 코딩되는 단백질로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된 암 마커 폴리펩티드로 시료내 포함된 암마커 폴리펩티드를 분석하는 것을 특징으로 하는 암 진단방법에 관한 것이다. The present invention also provides a method for diagnosing cancer, which comprises analyzing a cancer marker polypeptide contained in a sample with one or more cancer marker polypeptides selected from the group consisting of proteins encoded by the polynucleotide sequences shown in Tables 1A and 1B. It is about.
본 발명은 상기 표 1a 및 표 1b에 나타낸 폴리뉴클레오티드 서열에 의해 코딩되는 단백질로 이루어지는 군에서 선택된 암 마커 폴리펩티드를 항원으로 하여 제조되며, 상기 암 마커 폴리펩티드에 대한 특이성을 갖는 항체에 관한 것이다. The present invention relates to an antibody having a cancer marker polypeptide selected from the group consisting of proteins encoded by the polynucleotide sequences shown in Tables 1A and 1B as an antigen and having specificity for the cancer marker polypeptide.
본 발명은 상기 표 1a 및 표 1b에 나타낸 폴리뉴클레오티드 서열에 의해 코딩되는 단백질로 이루어지는 군에서 선택된 암 마커 폴리펩티드를 항원으로 하여 제조되며 상기 암 마커 폴리펩티드에 대한 특이성을 갖는 항체를 1종 이상 함유하는 암 진단용 키트에 관한 것이다. The present invention is prepared by using a cancer marker polypeptide selected from the group consisting of proteins encoded by the polynucleotide sequences shown in Tables 1A and 1B as antigens and containing at least one antibody having specificity for the cancer marker polypeptide. It relates to a diagnostic kit.
본 발명은 상기 표 1a 및 표 1b에 나타낸 폴리뉴클레오티드 서열과, 상기 폴리뉴클레오티드 서열에 대한 상보적인 폴리뉴클레오티드 서열을 포함하는 암 진단용 폴리뉴클레오티드 프로브에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 폴리뉴클레오티드 프로브를 DNA 마이크로어레이에 관한 것이다. The present invention relates to a polynucleotide probe for diagnosing cancer, comprising the polynucleotide sequence shown in Tables 1a and 1b above and a polynucleotide sequence complementary to the polynucleotide sequence. The present invention also relates to a DNA microarray of the polynucleotide probe.
이하 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명자들은 폐암 환자에서 정상인과 차별적으로 발현되는 혈청 단백질 47개의 혈액 내 함유량으로 폐암을 조기 진단에 사용되는 폴리펩티드, 상기 폴리펩티드를 이용한 항체 및 진단용 키트를 찾아낼 수 있었다. 따라서, 본 발명은 표 1a 및 표 1b에 나타낸 폴리뉴클레오티드 서열에 의해 코딩되는 단백질을 코딩하는 아미노산 서열을 포함하는 폐암 마커 폴리펩티드(marker polypeptide)를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 폐암 마커 폴리펩티드에 대한 항체 생산을 유도하는 폴리펩티드 단편을 제공한다.The inventors were able to find polypeptides used for early diagnosis of lung cancer, antibodies and diagnostic kits using the polypeptides in the blood content of 47 serum proteins which are differentially expressed in lung cancer patients. Accordingly, the present invention provides a lung cancer marker polypeptide comprising an amino acid sequence encoding a protein encoded by the polynucleotide sequences shown in Tables 1a and 1b. The present invention also provides a polypeptide fragment that induces antibody production against the lung cancer marker polypeptide.
본 발명은 표 1a 및 표 1b에 나타낸 폴리뉴클레오티드 서열에 의해 코딩되는 단백질을 포함하는 폐암 마커 폴리펩티드에 특이성을 가지는 항체를, 적어도 1종 이상 함유하는 폐암 진단키트를 제공한다.The present invention provides a lung cancer diagnostic kit containing at least one antibody having specificity to a lung cancer marker polypeptide including a protein encoded by the polynucleotide sequences shown in Tables 1A and 1B.
본 명세서에서 암 마커 폴리펩티드는 보다 상세하게는 폐암 환자로부터 획 득한 세포 또는 폐암 환자의 혈액내에서 특이적으로 발현량이 변화하는 것이다. 또한, 본 명세서의 항체는 표 1a 및 표 1b에 나타낸 폴리뉴클레오티드 서열에 의해 코딩되는 단백질을 포함하는 폴리펩티드를 항원으로 하여 제조되며 상기 마커 폴리펩티드에 특이적인 폴리클로날 항체 또는 단일 클로날 항체이다. In the present specification, the cancer marker polypeptide is more specifically a change in expression level in the cells obtained from a lung cancer patient or in the blood of a lung cancer patient. In addition, the antibodies of the present specification are polyclonal antibodies or monoclonal antibodies prepared by using a polypeptide comprising a protein encoded by the polynucleotide sequences shown in Tables 1A and 1B and specific for the marker polypeptide.
본 발명의 표 1a 및 표 1b에 나타낸 폴리뉴클레오티드 서열에 의해 코딩되는 단백질로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택된 암 마커 폴리펩티드는 각각 특정의 기능, 또는 발현하는 장기 등이 알려져 있었지만, 본 발명자들이 찾아낼 때까지 폐암과의 관계는 완전히 알려져 있지 않았다. 따라서, 본 발명자들이 이러한 폴리펩티드를 폐암 마커로서 이용할 수 있다는 사실을 발견하였다.Cancer marker polypeptides selected from the group consisting of proteins encoded by the polynucleotide sequences shown in Tables 1a and 1b of the present invention are known to have specific functions or organs that express them, respectively. Until now, the relationship with lung cancer is not fully known. Thus, the inventors have found that such polypeptides can be used as lung cancer markers.
또한, 본 발명에서는 상기 폴리펩티드를 이용하여 일반적으로 공지된 방법에 의하여 항체를 제조할 수 있다. 본 발명의 항체는 표 1a 및 표 1b에 나타낸 폴리뉴클레오티드 서열에 의해 코딩되는 단백질을 포함하는, 폐암 마커 폴리펩티드에 특이성을 가지는 항체로 폴리클로날 항체 또는 모노클로날 항체 어느쪽이라도 무방하다. 본 발명의 항체를 이용하여 시료, 예를 들면 폐암조직, 폐암환자의 혈액 또는 혈청에 포함된 상기 암마커 폴리펩티드를 분석하는 방법으로는 통상의 항원-항체반응의 분석법을 사용할 수 있다. 예컨대, 면역 검정(측정)법으로는 효소 면역 측정법(ELISA), 형광면역 측정법(FIA), 방사선 면역 측정법(RIA), 발광 면역 측정법, 면역블롯(immunoblot)법, 웨스턴 블롯(western blot)법, 면역 염색법 등이 있다.In the present invention, the antibody can be prepared by a generally known method using the polypeptide. The antibody of the present invention is an antibody having specificity for a lung cancer marker polypeptide, including a protein encoded by the polynucleotide sequences shown in Tables 1A and 1B, and may be either a polyclonal antibody or a monoclonal antibody. As a method for analyzing the cancer marker polypeptide contained in a sample, for example, lung cancer tissue, blood of a cancer patient or serum using the antibody of the present invention, a conventional antigen-antibody reaction assay can be used. For example, the immunoassay (measuring) method may include enzyme immunoassay (ELISA), fluorescence immunoassay (FIA), radioimmunoassay (RIA), luminescence immunoassay, immunoblot, western blot, Immunostaining;
웨스턴 블롯(western blot)법은, 생체 시료 중에 존재하는 해당 단백질의 분 자량을 알기 위하여 유효한 방법이다. 예를 들어, 장기 조직 유래의 추출액 등의 생체 시료액을 아크릴아미드 겔(gel)전기 영동 시킨 뒤, 멤브레인에에 전사하고, 해당 단백질 또는 해당 펩타이드를 인식하는 항체와 반응시키고, 생성하는 면역 복합체를 표지 제2항체를 이용하고 검출하는 것이다. Western blot method is an effective method for determining the molecular weight of the protein in the biological sample. For example, biological sample liquids, such as extracts derived from organ tissues, are subjected to acrylamide gel electrophoresis, and then transferred to a membrane, reacted with an antibody that recognizes the protein or the peptide, and generates an immune complex. Labeled second antibody is used and detected.
면역 염색법은 조직 및 세포에 있어서 대상 폴리펩티드(polypeptide)의 발현 부위를 해석하기 위하여 유효한 방법으로, 예를 들어, 슬라이드 글라스상에 고정되는 조직 절편, 세포 등을 본 발명의 항체와 반응시키고, 생성하는 면역 복합체를 표지 제2항체를 이용하고 검출하는 것에 따라 실시한다. Immunostaining is an effective method for analyzing the site of expression of a polypeptide of interest in tissues and cells, for example, by reacting and producing tissue fragments, cells, etc. immobilized on slide glass with the antibodies of the present invention. Immune complexes are performed by using a labeled second antibody and detecting it.
상기 폐암 마커 폴리펩티드를 인식하는 항체를 이용하는 면역 검정의 바람직한 예로서, ELISA법을 들 수 있다. 상기 ELISA 법은 일반적인 경합법, 샌드위치법 등의 수법에 따라 실시할 수 있고, 액상계 또는 고체상태계에서도 실시할 수 있다.An ELISA method is mentioned as a preferable example of the immunoassay using the antibody which recognizes the said lung cancer marker polypeptide. The ELISA method can be carried out according to methods such as a general competition method and a sandwich method, and can also be carried out in a liquid or solid state system.
본 발명의 암진단용 키트(kit)는 상기의 폴리클로날 또는 모노클로날 항체를 포함하는 것으로, 보다 상세하게는 표 1a 및 표 1b에 나타낸 단백질을 코딩하는 아미노산 서열을 1종 이상 포함하는 것으로 암 마커 폴리펩티드에 특이성을 가지는 항체를, 적어도 1종 이상 이용하는 것으로, 폐암의 진단에 사용할 수 있다.Cancer diagnosis kit (kit) of the present invention comprises the above polyclonal or monoclonal antibodies, and more specifically, it comprises at least one amino acid sequence encoding the protein shown in Table 1a and Table 1b By using at least 1 type or more of antibodies which have specificity for a marker polypeptide, it can be used for diagnosis of lung cancer.
또한, 상기 진단용 키트는 필요에 따라 면역 반응을 이용하고, 웰, 염색제, 검출용의 효소 표지 항체, 세척액, 항체 희석액, 검체 희석액, 효소 기질, 효소 기질액 희석액, 그밖의 시약을 포함할 수 있다. In addition, the diagnostic kit may use an immune response as necessary, and may include a well, a stain, an enzyme-labeled antibody for detection, a washing solution, an antibody diluent, a sample diluent, an enzyme substrate, an enzyme substrate diluent, and other reagents. .
본 발명은 하기 예시적인 실시예를 들어 더욱 자세히 설명할 것이나, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다. The present invention will be described in more detail with reference to the following illustrative examples, but the protection scope of the present invention is not limited to the following examples.
[실시예]EXAMPLE
실시예Example 1: 핵산 마이크로 어레이를 이용한 1: using nucleic acid micro array mRNAmRNA 양상 분석 Aspect analysis
A.시료준비A. Sample Preparation
A-1: 폐암조직 채취A-1: Lung Cancer Tissue
120명의 폐암조직 sample을 1995년부터 2001년 12월 까지 삼성서울병원에서 폐절제술을 받은 비소세포폐암(NSCLC)환자들로 부터 모아 냉동 보관하였다. 하기 표 2에 112 비소세포폐암 환자의 임상 정보를 요약하였다. Samples of 120 lung cancer tissues were collected from non-small cell lung cancer (NSCLC) patients who underwent pneumonectomy at Samsung Seoul Hospital from 1995 to December 2001. Table 2 below summarizes the clinical information of 112 non-small cell lung cancer patients.
T3N0 단계의 환자로부터 개흉술을 수행한 후 조직을 얻었다. 112명의 폐암 조직 중 70명은 LN(-), 42명은 LN(+)이다. 샘플조직의 조직학적 형태는 45개는 선암, 58개는 편평상피암 , 6개는 대세포암이다. 46명의 환자는 재발 하였다. (불완전 절제 되거나 종격동의 절제가 없는 경우의 환자는 제외한다.)Tissues were obtained after thoracotomy from a T3N0 stage patient. Of the 112 lung cancer tissues, 70 are LN (-) and 42 are LN (+). Histologic types of sample tissue were 45 adenocarcinomas, 58 squamous cell carcinomas, and 6 large cell carcinomas. 46 patients recurred. (Patients with incomplete resection or no mediastinal resection are excluded.)
[표 2]TABLE 2
비소세포폐암 환자 112명의 임상정보Clinical Information of 112 Patients with Non-Small Cell Lung Cancer
전체 112 샘플 : LN (+) 42 샘플, LN(-) 70 샘플Total 112 samples: LN (+) 42 samples, LN (-) 70 samples
(전체 127 샘플중 T3N0, T4N0 15 샘플 제외) (Excluding 15 samples of T3N0 and T4N0 of 127 samples)
Stage : I 기 70 샘플, II 기 14 샘플, III 기 28 샘플Stage: 70 stages I, 14 samples II, 28 samples III
성별 : 남자 82 샘플, 여자 30 샘플Gender: 82 samples for men, 30 samples for women
나이 : 13~80세 (중간값=62세)Age: 13 ~ 80 years old (median = 62 years old)
Cell Type : ADC 46 샘플, BAC 2 샘플, SQC 58 샘플, LAC 6 샘플Cell Type: ADC 46 samples,
Size : 1.2 ~ 19 cm (median = 4 cm)Size: 1.2 ~ 19 cm (median = 4 cm)
OP date : 1995.04.21 ~ 2002.06.03 (median : 1999.05.30)OP date: 1995.04.21 ~ 2002.06.03 (median: 1999.05.30)
흡연력 : 흡연자 77 샘플, 비흡연자 33 샘플, 모름 2 샘플Smoking capacity: 77 smokers, 33 non-smokers, 2 samples unknown
A-2: 조직샘플의 준비 및 RNA 추출A-2: Tissue Sample Preparation and RNA Extraction
일상적인 종격동경술 검사 후에 모든 림프절의 절개는 체계적으로 개흉술에 의해 수행되었다. 모든 림프절은 American Thoracic Society LN map 의 오른쪽 폐암조직 11, 10, 9, 8, 7, 4, 3, 2 부분과 왼쪽 폐암조직 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5 부분을 제거하였다. 종격동의 평균적으로 6(범위: 5~8)부분을 잘라낸다. 외과적으로 제거된 모든 조직들은 즉시 병리학적으로 검사하였다. 그리고 암 덩어리의 괴사된 부분을 피해서 주위의 암조직을 한 두 조각 (5mm× 5mm)정도 떼어내서 -80 °C에서 보관하였다. 의학적인 자료들을 살펴 볼 때, 림프절 조직의 hematoxylin과 eosin 슬라이드를 확증된 병리학자에 의해서 재검토하였다. 모든 환자로부터 2188의 림프절을(the number of LNs per patient: 21.3 ± 10.6, range: 8?54) 절제하고, 152개의 림프절은 전이에 양성이었다. After routine mediastinal examination, incision of all lymph nodes was performed systematically by thoracotomy. All lymph nodes removed 11, 10, 9, 8, 7, 4, 3, 2 parts of the right lung cancer tissue and 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5 parts of the American Thoracic Society LN map. Cut off 6 (range: 5-8) parts of the mediastinum on average. All surgically removed tissues were immediately examined pathologically. And avoiding the necrotic part of the rock mass, one to two pieces (5mm × 5mm) of the surrounding cancer tissue was removed and stored at -80 ° C. In looking at the medical data, hematoxylin and eosin slides in lymph node tissues were reviewed by a confirmed pathologist. 2188 lymph nodes were removed from all patients (the number of LNs per patient: 21.3 ± 10.6, range: 8-54), and 152 lymph nodes were positive for metastasis.
112개의 폐암조직은 112명의 환자로부터 112개의 암 조직을 미세해부하였다. 그리고 모든 암 조직은 RNA를 추출하기 전에 잘 보이도록 hematoxylin으로 가볍게 염색하였다. 각각의 미세 절개된 조직들은 90% 이상이 암세포로 구성되어 있다. 112 lung cancer tissues microdissected 112 cancer tissues from 112 patients. And all cancer tissues were lightly stained with hematoxylin to see well before RNA extraction. Each micro-incisional tissue consists of more than 90% of cancer cells.
현미 해부된 암조직들에 1mL의 Trizol reagent (Life Technologies, Rockville, MD)를 넣고 즉시 vortexing하여 균질화시켰다. 전체 RNA는 Trizol reagent protocol에 따라 분리하고 전체 RNA를 정량하여 0.6 M 포름알데히드와 에 티듐 브로마이드를 포함하는 1% 아가로스 젤에서 전기영동하여 분석하였다. 전체 RNA의 정량은 Nanodrop spectrometer(Nanodrop Technologies, Rockland, DE)를 이용하여 분석하였다.1 mL of Trizol reagent (Life Technologies, Rockville, MD) was added to the dissected cancer tissues and immediately vortexed and homogenized. Total RNA was isolated according to Trizol reagent protocol and quantitated total RNA was analyzed by electrophoresis on 1% agarose gel containing 0.6 M formaldehyde and ethidium bromide. Quantification of total RNA was analyzed using a Nanodrop spectrometer (Nanodrop Technologies, Rockland, DE).
B. B. 비소세포폐암에서In non-small cell lung cancer 림프절 전의의 위치와 범위 Location and scope before lymph nodes
1997 TNM 분류(폐암 절제 후 예후를 수술 후 병리학적으로 분료한 표, 종양학(oncology), 종양학 = Oncology,박재갑 ; 박찬일 ; 김노경 [공]편저 ,일조각 , 2003.) 에 따르면, 112명의 환자 중에서 10명의 환자(63%)는 pN0 단계이고, 42 명의 환자(38%)는 림프관으로 전이 되었으며, 19명의 환자(17%)는 pN1 단계, 23명의 환자(21%)는 pN2단계를 나타내었다. 평균 21개의 림프절(8~54정도)를 가지는 2000개 이상의 절(n = 2349)는 임상병리학적으로 전이가 이루어진 것으로 분석된다. 148개의 림프절(6.3%)은 전이적인 관련성이 있는 것으로 나타났고, 반면 2201 LNs (93.7%) 는 암의 전이가 없는 것으로 나타났다. LN involvement는 편평세포암을 가진 환자의 44%정도에서 나타나고, 대세포암을 가진 33%의 환자에서 나타났다. 선암을 가진 환자들의 경우 LN involvement 비율이 29%정도로 나타난다.According to the 1997 TNM classification (a table of pathologically classified prognosis after lung cancer resection, oncology, oncology = Oncology, Park Jae-gap; Park Chan-il; Kim, No-Kyung, Sculpture, 2003.) Ten patients (63%) had a pN0 stage, 42 patients (38%) had metastasized to lymphatic vessels, 19 patients (17%) had a pN1 stage and 23 patients (21%) had a pN2 stage. More than 2000 nodes ( n = 2349) with an average of 21 lymph nodes (8-54) were analyzed clinically. 148 lymph nodes (6.3%) were metastatically related, while 2201 LNs (93.7%) were cancer free. LN involvement was seen in 44% of patients with squamous cell carcinoma and in 33% of patients with large cell carcinoma. Patients with adenocarcinoma have an LN involvement rate of 29%.
참고로, T 병소와 N 병소은 폐암 절제 후 생존에 영향을 미치는 요인은 림프절 전이 여부를 의미하며, 전이된 림프절 구역의 수, 전이된 림프절의 숫자가 전부 예후에 관계된다. 반면, 암종의 종류, 전이된 림프절 구역 , 전이된 림프절의 크기 N1에만 전이가 있는 지 여부 등은 생존율에 영향을 미치지 않는다.For reference, T and N lesions are factors that affect survival after resection of lung cancer, and lymph node metastasis. The number of metastasized lymph nodes and the number of metastasized lymph nodes are all related to prognosis. On the other hand, the type of carcinoma, metastasized lymph node area, and the metastasis of the metastasized lymph node N1 do not affect survival.
C. cDNA 마이크로 어레이를 이용한 C. Using cDNA Microarrays mRNAmRNA 발현양상 분석 Expression Analysis
암 조직으로부터 분리한 전체 RNA의 약 5?10ug 정도를 올리고뉴크레오타이드 마이크로어레이 분석(Macrogen, Seoul, Korea)에 사용하고 나머지는 RT-PCR이나 real-time PCR을 수행하여 증폭하였다. Macrogen사의 Oligo Human 10K 마이크로어레이는 10,416개의 인간 유전자와, 알려진 8032개의 유전자, 2076개의 expressed sequence tags (ESTs) 유전자를 50-mer 올리고뉴클레오타이드 프로브로 스팟팅하였다. 각각 112개의 전체 RNA를 보편적인 human reference RNA(stratagene, La. Jolla, CA)와 혼성화시키고(oligonucleotide 마이크로어레이 hybridization) 스캐닝하여 분석, 및 확인하였다.About 5-10 ug of total RNA isolated from cancer tissue was used for oligonucleotide microarray analysis (Macrogen, Seoul, Korea), and the remainder was amplified by RT-PCR or real-time PCR. Oligo Human 10K microarray from Macrogen spotted 10,416 human genes, known 8032 genes and 2076 expressed sequence tags (ESTs) genes with 50-mer oligonucleotide probes. Each of the 112 total RNAs was analyzed and confirmed by hybridization with a universal human reference RNA (stratagene, La. Jolla, Calif.) And scanning (oligonucleotide microarray hybridization).
마이크로어레이 혼성화 이미지는 Imagen version 5.5 software (BioDiscovery, El Segundo, CA)를 사용하여 스캔하고 분석하였다. 그리고 그 자료는 lowess method에 의해 일반화하였다. lowess method에서 Cy-5에 대한 Cy-3의 비율값은 기본적으로 log로 변환시킨 값이다. Microarray hybridized images were scanned and analyzed using Imagen version 5.5 software (BioDiscovery, El Segundo, Calif.). The data were then generalized by the lowess method. In the lowess method, the ratio of Cy-3 to Cy-5 is basically converted to log.
림프절 전이와 관련한 mRNA의 발현양상을 조사하기 위하여, Partial least square (PLS) analysis는 암조직의 유전자 발현 양상이 폐암환자의 림프절로의 전이 유무에 따라 뚜렷이 구별될 수 있는 차이가 있는 지를 조사하기 위하여 수행하였다. 그리고. 발현 양상의 차이를 보이는 유전자를 선택하기 위해 Westfall-Young method를 포함하는 multiple testing adjustment (MTA)에 의해 permutation t test를 수행하였다.Partial least square (PLS) analysis was carried out to investigate whether the expression of genes in cancer tissues could be clearly distinguished according to the presence or absence of metastasis to the lymph nodes in lung cancer patients. Was performed. And. Permutation t test was performed by multiple testing adjustment (MTA) including Westfall-Young method to select genes with different expression patterns.
올리고뉴클레오타이드 마이크로어레이 실험을 통하여 전이가 있거나 없는 폐 암 환자들로부터 얻은 mRNA의 발현 양상을 알았다. Oligonucleotide microarray experiments revealed the expression of mRNA from lung cancer patients with or without metastasis.
Partial least square analysis방법을 사용하여 전이가 있거나 없는 폐암환자들 사이에서 나타나는 유전자의 발현양상의 차이를 확인하였다. 그 결과는 도 1에 나타냈으며, LN metastasis status가 잘 구분되고, LN metastasis와 관련있는 유전자 그룹들을 선별 가능 하다는 것을 보여준다. 또한 도 2에는 cDNA 마이크로 어레이를 이용하여, 폐암환자들 사이에서 나타나는 유전자의 발현양상의 차이를 선별하는 방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다. Partial least square analysis was used to identify differences in gene expression patterns among patients with or without lung cancer. The results are shown in Figure 1, showing that the LN metastasis status is well distinguished, it is possible to select a group of genes associated with LN metastasis. In addition, Figure 2 shows a schematic diagram of a method for screening the difference in expression patterns of genes between lung cancer patients, using a cDNA micro array.
D. 분류 모델의 개발과 그 예측의 정확도D. Development of classification models and the accuracy of their predictions
다음에 두 개의 모델 유전자세트를 사용하여 두 개의 분류 모델을 개발하였다. 그리고 각각의 두 타입을 특정화 하였다. 이러한 모델링 과정을 통하여 주어진 모델에서 예측의 정확도를 증가시키기 위해 우리는 통합적이고 변형된 알고리즘을 고안하였다. Next, two classification models were developed using two model gene sets. Each of these two types is characterized. Through this modeling process, we designed an integrated and modified algorithm to increase the accuracy of prediction in a given model.
림프절 전이 예측의 정확도를 증가시키기 위해서, vector machine, artificial neural network, decision tree, and naive Bayes이나 같은 알고리즘에서 채택한 방법을 통합함으로써 변형된 알고리즘을 개발하였다. 이 중 세 개의 알고리즘의 경우 예측의 정확도가 80%이상으로 수용 가능한 수준을 나타내었고, 변형된 알고리즘에서 채택된 세 개의 알고리즘을 통합하였다. 그리고 그 변형된 알고리즘에서 림프절 전이 상태가 양성 또는 음성인 경우를 정하여 2~3개의 알고리즘을 조합하여 적용시켜 보았다. 이러한 변형된 알고리즘을 적용하여 47개의 유전자들을 선별하고 분류 모델을 일반화시켰다. 또한 10-fold cross validation에 의해 모델 A는 95.24%의 민감도를 보이고 90.00%의 특이도를 나타내며 이는 어떠한 다른 알고리즘 보다 더 높은 값이다(표 3). In order to increase the accuracy of lymph node metastasis prediction, modified algorithms were developed by incorporating methods adopted by algorithms such as vector machines, artificial neural networks, decision trees, and naive bayes. Three of these algorithms show an acceptable level of prediction accuracy of over 80% and incorporate three algorithms adopted in the modified algorithm. In the modified algorithm, the lymph node metastasis state was determined to be positive or negative, and two to three algorithms were combined and applied. This modified algorithm was applied to select 47 genes and generalize the classification model. In addition, by 10-fold cross validation, Model A shows 95.24% sensitivity and 90.00% specificity, which is higher than any other algorithm (Table 3).
[표 3]TABLE 3
4가지 분류 알고리즘에서 모델 A 및 B의 거동Behavior of Models A and B in Four Classification Algorithms
위와 같은 방법에 따라. 10-fold cross-validation과 환자의 training set과 test set으로부터 획득한 모델을 적용하여 예측의 정확도를 시험해 보았다. 임상적 재발을 위한 분류 모델의 유용성을 뒷받침하기 위한 증거로써 우리는 림프절 전이에서 구별되는 패턴을 알아보기 위해 long-rak test를 사용하여 Kaplan-Meier survival curves를 분석하였다. According to the above method. The accuracy of the prediction was tested by applying the model obtained from 10-fold cross-validation and the patient's training set and test set. To support the usefulness of the classification model for clinical recurrence, we analyzed Kaplan-Meier survival curves using the long-rak test to identify distinct patterns in lymph node metastasis.
상기 실시예 1의 B항목의 결과를 바탕으로 림프절 전이가 이루어지지 않은 70명의 환자들과 림프절 전이가 이루어진 42명의 환자들에게서 차별적으로 발현되는 유전자들을 구분하기 위한 시도를 하였다. (A) 112명 전체로부터 얻은 샘플을 대상으로 cross-validation 하여 model A로 분류 하였다. Model gene set을 선별하기 위해서 Westfall-Young method를 사용하는 다중 테스트(multiple testing)으로 P-값을을 조정함으로써 통계적인 변환된 t-테스트를 수행하였다. Based on the results of item B of Example 1, an attempt was made to distinguish genes differentially expressed in 70 patients who did not have lymph node metastasis and 42 patients who had lymph node metastasis. (A) Samples from all 112 patients were cross-validated and classified as model A. Statistically transformed t-tests were performed by adjusting P -values with multiple testing using the Westfall-Young method to select model gene sets.
Model gene set A 는 47 genes (P < 0.05)으로 구성되어 있다. 39개의 알려진 유전자와 8개의 ESTs, 그리고 그 특징들을 표 4 및 표 5에서 요약하였다. Model gene set A consists of 47 genes ( P <0.05). Thirty-nine known genes, eight ESTs, and their features are summarized in Tables 4 and 5.
[표 4]TABLE 4
비소세포폐암 환자 112명 환자의 mRNA 발현양상 분석으로부터 얻어진 발현차이 나타내는 유전자(Model gene set A)Genes representing differences in expression of mRNA expression patterns of 112 patients with non-small cell lung cancer (Model gene set A)
[표 5] TABLE 5
비소세포폐암 환자 112명 환자의 mRNA 발현양상 분석으로부터 얻어진 발현차이 나타내는 유전자(Model gene set A)Genes representing differences in expression of mRNA expression patterns of 112 patients with non-small cell lung cancer (Model gene set A)
비소세포폐암 79명 환자의 mRNA 발현양상 분석으로부터 얻어진 발현차이를 나타내는 유전자(Model gene set B)Gene representing expression difference from mRNA expression analysis of 79 patients with non-small cell lung cancer (Model gene set B)
실시예Example 2: 항체 마이크로 어레이를 이용한 분석 2: Analysis with Antibody Microarrays
2-1: 항체와 혈청의 준비2-1: Preparation of Antibodies and Serums
DNA 마이크로어레이의 결과(표 4 및 5)를 바탕으로 13개의 항체를 선택하고, 혈청 아밀로이드 A (SAA)는 reference search를 통해 선택하였다. Anti-aquaporin 5 (AQP5), anti-creatine kinase brain (CKB), anti-homeobox protein (HESX1), anti-minochromosome maintenance protein (MCM3), anti-TATA-binding protein (TFIID) and anti-5’-TG-3’ interacting protein (TGIF)는 Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA, USA)로 부터, Anti-apoptosis antagonizing transcription factor (AATF) and anti-SoxLZ/Sox6-binding protein (FKSG14)는 Abnova Corporation (Taipei, Taiwan)로 부터, Anti-eukaryotic translation initiation factor 3, subunit 8 (eIF3S8)는 Bethyl Laboratories (Montgomery, TX, USA)로부터, Anti-small nuclear ribonucleoprotein polypeptide C (SNRPC)는 GeneTex (San Antonio, TX, USA)로부터, Anti-mitogen-activated protein kinase kinase kinase 6 (MAP3K6)는 Abgent (San Diego, CA, USA)로 부터 Anti-TEA domain family member (TEAD4) 는Abcam (Cambridge, UK)로부터, Anti-SAA 는 Antigenix America (Huntington Station, NY, USA)로 부터 각각 구입하여 사용하였다(표 6).Thirteen antibodies were selected based on the results of the DNA microarrays (Tables 4 and 5), and serum amyloid A (SAA) was selected by reference search. Anti-aquaporin 5 (AQP5), anti-creatine kinase brain (CKB), anti-homeobox protein (HESX1), anti-minochromosome maintenance protein (MCM3), anti-TATA-binding protein (TFIID) and anti-5'-TG -3 'interacting protein (TGIF) is derived from Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA, USA), anti-apoptosis antagonizing transcription factor (AATF) and anti-SoxLZ / Sox6-binding protein (FKSG14) are available from Abnova Corporation (Taipei, Taiwan), anti-eukaryotic
[표 6]TABLE 6
항체 마이크로어레이(1~13) 및 웨스턴 블랏팅(1~6)에서 사용된 표적 항체 Target Antibodies Used in Antibody Microarrays (1 to 13) and Western Blotting (1 to 6)
혈청은 정상인군, 삼성서울병원의 폐암 악성종양 환자군, 양성종양 환자군의 혈액을 7~10ml 정도 모은 후, 4°C 에서 3000rpm으로 10분간 원심분리 하여 같은 방법으로 분리하고, 1.5 ml 튜브에 나누어 -80°C에서 보관하였다.Serum was collected in 7 ~ 10ml of blood of normal group, lung cancer malignant tumor group of Samsung Seoul Hospital, benign tumor patient group, centrifuged at 3000rpm for 10 min at 4 ° C, and separated in the same way. Store at 80 ° C.
현재 실험에서 사용한 혈청 샘플은 총 25개로 8개는 정상인으로부터 13개 삼성서울병원의 폐암환자로부터 4개는 양성종양환자로부터 확보한 것으로 모든 혈청은 분석 전까지 냉동 보관하였다. A total of 25 serum samples were used in the present experiment, 8 from normal patients, 4 from lung cancer patients of Samsung Medical Center, and 4 from benign tumor patients. All serum was stored frozen until analysis.
2-2: 혈청의 형광표지2-2: Fluorescent Labeling of Serum
마이크로어레이에서 두 가지 환자군 단백질의 발현양상을 비교분석 하기 위 하여 Cy3와 Cy5로 혈청을 표지하였다. 도 3a에 나타낸 바와 같이, N-hydroxysuccinimide ester (NHS)-linked Cy3 와 Cy5 dye (Amersham Biosciences, Buckinghamshire, UK)와 혈청과 반응시켜 붙임으로써 혈청을 형광으로 표지하였다. 우선, 혈청을 dye-conjugation buffer(50 mM sodium carbonate buffer, pH 9.0)와 1/15로 희석하고 dye-conjugation buffer 에 포함된 Cy 염료를 희석된 혈청과 잘 섞이도록 어두운 곳에서 10분마다 가볍게 흔들어 주면서 40분간 상온에서 반응시켰다. 1 M Tris-HCl (pH 8.0)을 첨가하고 어두운 곳에서 10분마다 흔들어 주면서 20분 동안 혈청과 Cy 염료의 반응을 중지시킨다. Microcon YM-10 (Millipore Corporate, Billerica, MA, USA)을 사용하여 10,000X g 에서 30분간 원심 분리하여 형광으로 표지된 혈청만을 분리했다. 형광 표지된 혈청을 안정화시키기 위해 그 부피의 50배 정도의 skim milk를 포함하는 PBS를 첨가하고 다시 원심 분리하여 형광으로 안정하게 표지된 혈청만을 얻었다.(결국 형광 표지된 혈청은 PBS에 15배 정도 희석된다.) Serum was labeled with Cy3 and Cy5 for comparative analysis of the expression patterns of two patient group proteins in a microarray. As shown in Figure 3a, the serum was labeled with fluorescence by reacting with a serum with N-hydroxysuccinimide ester (NHS) -linked Cy3 and Cy5 dye (Amersham Biosciences, Buckinghamshire, UK). First, dilute the serum to 1/15 with dye-conjugation buffer (50 mM sodium carbonate buffer, pH 9.0) and gently shake it every 10 minutes in the dark to mix the Cy dye in the dye-conjugation buffer with the diluted serum. Reaction was performed at room temperature for 40 minutes while giving. 1 M Tris-HCl (pH 8.0) is added and the reaction of serum and Cy dye is stopped for 20 minutes with shaking every 10 minutes in the dark. Only fluorescently labeled serum was isolated by centrifugation at 10,000 × g for 30 minutes using Microcon YM-10 (Millipore Corporate, Billerica, Mass., USA). To stabilize the fluorescently labeled serum, PBS containing skim milk of about 50 times its volume was added and centrifuged again to obtain only fluorescently stable serum. (Finally, the fluorescently labeled serum was about 15 times in PBS. Diluted.)
2-3. 항체 마이크로 어레이 제작2-3. Antibody Microarray Fabrication
항체 마이크로 어레이는 robotic arrayer (Microsys, Cartesian Technologies, Irvine, CA, USA)를 사용하여CMP 3 spotting pins (Telechem International, Sunnyvale, CA, USA)으로 하이드로겔이 코팅된 유리 슬라이드(슬라이드 H Schott Nexterion, Jena, Germany)위에 스팟팅하여 제조하였으며 제조방법의 예를 도 3b에 도시하였다. Antibody microarrays were hydrogel coated glass slides (slides H Schott Nexterion, Jena) with
하나의 항체 마이크로어레이는 표 6의 13개의 항체 세트로 구성되어 있으며, 이중 양성 대조구는 항-사람 혈청 알부민 (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)으로, 음성 대조구(negative control)는 항-소혈청 알부민(anti-BSA, Sigma-Aldrich)로 하였다. 스팟에 필요한 모든 단백질 용액은 0.5% 트레할로스를 섞어서 준비하고, 스팟기계의 상대습도는 70%로 유지하였다. 각각의 Ab 샘플들은 하나의 어레이당 4줄씩 스팟하였다. 항체들이 슬라이드의 반응기와 공유결합 할 수 있도록 어레이안에서 상온으로 1시간 가량 둔 다음, 슬라이드를 어레이밖으로 꺼내고 1M 에탄올아민 (Sigma-Aldrich)을 포함하는 인산염 완충액(PBS)으로 4°C에서 하룻밤동안 반응하고 중지하였다. PBS로 씻어 낸 다음, 제작된 항체 마이크로어레이를 형광 표지된 혈청샘플과 함께 어두운 곳에서 1시간 가량 반응시켰다. 형광강도를 확인하기 전에, 형광표지된 혈청 샘플과 반응시킨 항체 마이크로어레이를 연속적으로 세 번 정도 PBST(PBS 함유 0.1% Tween-20)로 씻어 내고 증류수로 씻어 낸 다음 N2 가스로 건조하였다. One antibody microarray consists of 13 antibody sets in Table 6, the double positive control being anti-human serum albumin (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) and the negative control being anti Bovine serum albumin (anti-BSA, Sigma-Aldrich). All protein solutions required for the spot were prepared by mixing 0.5% trehalose, and the relative humidity of the spot machine was maintained at 70%. Each Ab sample was spotted 4 rows per array. Allow the antibody to covalently bond with the slide reactor at room temperature for 1 hour, then remove the slide out of the array and react overnight at 4 ° C with phosphate buffer (PBS) containing 1M ethanolamine (Sigma-Aldrich). And stopped. After washing with PBS, the prepared antibody microarray was reacted with fluorescently labeled serum samples for 1 hour in the dark. Before confirming the fluorescence intensity, the antibody microarray reacted with the fluorescent labeled serum sample was washed three times successively with PBST (0.1% Tween-20 containing PBS), washed with distilled water, and dried with N2 gas.
2-4. 형광 강도의 분석2-4. Analysis of Fluorescence Intensity
형광 스캔너(GenePix Personal 4100A; Axon instruments, Union City, CA, USA)을 사용하여 Cy5-와 Cy3-의 특정 파장이 방출하는 형광강도를 읽고, 제작사에서 제공하는 GenePix Pro 4.1 software를 사용하여 스캔된 자료를 분석하였다. 두 채널의 Photomultiplier tube (PMT) 수치는 마이크로어레이의 Cy5/Cy3 비율이 1이 되도록 조절한다. 모든 스팟으로부터 나오는 Cy5와 Cy3의 강도는 배경 강도(background intensity)의 중간값을 뺀 값으로 계산하였다. 각 항체당 네 개의 보정된 자료를 이용하여 평균값을 구하여 향후분석에 이용하였다. 명확한 결함이 있거나, 배경 강도보다 2배 이상 높은 신호를 보이지 않는 스팟들은 분석에서 제외하였다. 두 샘플간에 단백질의 발현 비율은 internally normalized ratio (INR)로 표현한다. 이 비율은 두 종류의 샘플을 2개의 염료로 각각 다르게 표지하여 얻은 값을 이용하여 계산하였다. 첫 번째 슬라이드는 Cy3-labeled reference 와 Cy5-샘플로 표지하여 항체 마이크로어레이에 결합시키고, 다른 두 번째 슬라이드는 Cy5-표준 샘플와 Cy3- 테스트 샘플로 표지하여 각각 동일한 양을 항체 마이크로어레이에 결합시켰다. Cy5-와 Cy-3 표지된 항체는 도 3c에 나타냈다.Using a fluorescence scanner (GenePix Personal 4100A; Axon instruments, Union City, CA, USA), the fluorescence intensities emitted by specific wavelengths of Cy5- and Cy3- are read and scanned using the GenePix Pro 4.1 software provided by the manufacturer. The data were analyzed. The photomultiplier tube (PMT) values of the two channels are adjusted so that the Cy5 / Cy3 ratio of the microarray is one. The intensity of Cy5 and Cy3 from all spots was calculated by subtracting the median background intensity. Four calibrated data for each antibody were used to obtain an average value for future analysis. Spots with obvious defects or no signal more than twice the background intensity were excluded from the analysis. The ratio of protein expression between the two samples is expressed as internally normalized ratio (INR). This ratio was calculated using values obtained by differently labeling the two types of samples with the two dyes. The first slide was labeled with a Cy3-labeled reference and a Cy5-sample and bound to the antibody microarray. The second slide was labeled with a Cy5-standard sample and a Cy3-test sample to bind the same amount to the antibody microarray, respectively. Cy5- and Cy-3 labeled antibodies are shown in Figure 3c.
Cy5와 Cy3의 비율은 두개의 슬라이드위에서 각각 얻은 뒤, internally normalized ratio (INR)를 다음과 같이 계산한다. The ratio of Cy5 and Cy3 is obtained on each of the two slides, and then the internally normalized ratio (INR) is calculated as follows.
[수학식 1][Equation 1]
이상적인 경우, R1 과 R2 는 동일하게 된다. 그러므로 INR은 (X / Y)의 제곱근으로 정의된다. INR은 염료-표지 효율에 영향을 받지 않고, 외부의 정상화 요건들이 없는 모든 단백질을 위한 일반적인 조건으로써 사용될 수 있다. 여기서는 모든 비율을 관례대로 log2로 변환하여 표시한다. Ideally, R1 and R2 will be the same. Therefore INR is defined as the square root of (X / Y). INR is not affected by dye-labeling efficiency and can be used as a general condition for all proteins without external normalization requirements. Here, all ratios are converted to log2 and displayed as convention.
2-4: 실험결과2-4: Experimental Results
도 4에서 보여주는 폐암 환자들의 혈청과, 건강한 사람, 양성종양 환자들의 혈청을 항체 마이크로어레이를 사용하여 분석하였다. 정상인 4명의 혈청으로 구성된 혈청을 표준물질로(reference)로 사용하였다. Serum of lung cancer patients shown in Figure 4, and the serum of healthy, benign tumor patients were analyzed using an antibody microarray. Serum consisting of four normal sera was used as a reference.
폐암 환자와 양성반응의 환자의 혈청을 분석 시, AQP5, CKB, HESX1, MCM3, TFIID, TGIF, AATF, SAA의 단8개 단백질의 항체로 이루어진 스팟은 두 슬라이드에서 모두 높은 형광강도를 나타낸다.(도 4A, 도 4C). 정상인의 혈청에서도 항체 SAA를 제외하고 같은 강도를 나타낸다.(도 4B). 그러나 eIF3S8, FKSG14, TEAD4, MAP3K6, TEAD4 5개의 단백질의 항체 스팟에서는 모든 경우 신호가 나타나지 않았다. 이러한 결과는 항체 마이크로어레이가 DNA 마이크로어레이의 결과와는 달리 폐 조직에의 mRNA를 대상으로 수행되는 것이 아니라 단백질이 다량 존재하는 혈청에서 수행되었기 때문이라 생각된다. 비록 mRNA에서 전사된 단백질이 폐 조직에서는 매우 높은 수준으로 발현 된다고 하더라도, 실제 혈청에서는 폐 조직에서와 같은 수준으로 동종의 단백질이 존재하지 않을 수 있다. 이러한 조직에서의 차이뿐만 아니라 실제 단백질의 발현량은 mRNA의 발현량과는 상관관계가 적기 때문에 나타난 결과라 생각된다.When analyzing sera from lung cancer patients and positive patients, spots consisting of antibodies of only 8 proteins of AQP5, CKB, HESX1, MCM3, TFIID, TGIF, AATF, and SAA show high fluorescence intensity on both slides. 4A, 4C). Serum from normal subjects showed the same intensity except for antibody SAA (FIG. 4B). However, in all cases, no signal was seen in antibody spots of eIF3S8, FKSG14, TEAD4, MAP3K6, and TEAD4 proteins. This result is thought to be because the antibody microarray was not performed on mRNA to lung tissue, unlike the results of DNA microarray, but on serum in which a large amount of protein is present. Although proteins transcribed in mRNA are expressed at very high levels in lung tissues, homologous proteins may not be present at the same level in lungs as in lung tissues. In addition to the differences in the tissues, the actual protein expression level is thought to be the result of showing little correlation with the mRNA expression level.
슬라이드의 배경 강도는 스팟의 형광 강도 보다 충분히 낮게 나타난다. 그리고, 그 스팟의 형태는 정상적인 원의 형태를 벗어나지 않는다. 항원과 항체의 농도와 완충액의 조건에 따라 스팟의 직경은 다양하게 나타난다. 그러나 만약 이러한 스팟들이 주변의 다른 스팟들과 겹쳐진다거나 균등하게 나타나지 않는다면, 형광 신호는 스팟의 직경에 영향을 받지 않는다. 이러한 모든 사실로부터, 현재 구입하여 사용한 항체들을 이용한 단백질 마이크로어레이가 혈청을 두 가지 종류의 염료로 형광표지함으로써 인간혈청 단백질의 발현 양상 분석에 사용될 수 있다는 것을 확인하였다.The background intensity of the slide appears sufficiently lower than the fluorescence intensity of the spot. And the shape of the spot does not deviate from the normal shape of the circle. Spot diameters vary with the concentration of antigen and antibody and the conditions of the buffer. However, if these spots do not overlap or appear evenly with other surrounding spots, the fluorescence signal is not affected by the diameter of the spot. From all these facts, it was confirmed that protein microarrays using the currently available antibodies can be used to analyze expression patterns of human serum proteins by fluorescence of the serum with two kinds of dyes.
단백질의 발현 양상 분석은, 세 종류의 테스트 샘플군의 상대적인 단백질은 INR과 log2 값으로 전환하여 계산하였다.(도 4A). 특정 단백질의 log2(INR)값은 1.0보다 높거나 1.0보다 크게 나오는데 이는 각각 up-regulation과 down-regulation된다는 것을 의미한다. 예상했던 대로 정상인의 혈청 샘플과 표준 샘플의 발현율과는 차이가 없게 나타났다. 표준 샘플은 네 개의 정상인의 혈청을 모은 것이기 때문에 이러한 결과는 표준 샘플이 항체 마이크로어레이에서 profiling하기 위해 적절하게 작용하였음을 의미한다. 반면, 폐암환자의 혈청은 HAS와 AATF 제외하고, 표준 샘플과 비교하였을 경우 발현을에서 큰 차이를 나타낸다. 정상인의 발현 양상 결과와는 달리 폐암 환자의 양상 결과, AQP5, CKB, HESX1, MCM3, TFIID, TGIF은 6개의 단백질의 경우, 정상인의 혈청에서보다 폐암환자의 혈청에서 더 낮은 수준의 발현량을 나타낸다. 선별된 다른 항체와는 달리 표 오른쪽의 HAS(human serum albumin )의 경우, biomarker의 후보 단백질이 아니라 양성 대조구로써 사용하였기 때문에 마이크로어레이 결과 발현 수준에서 차이가 없음을 확인 할 수 있었다. SAA는 다른 논문의 결과에서와 같이 폐암환자에게서 up-regulation 됨을 확인하였고, 양성 환자군의 경우에도 같은 결과가 예상된다. 만약 두개의 환자군 사이에서 단백질 발현량이 통계적 유의성을 갖는다면, 비록 두 환자군에서 모두 up-regulation된다고 하더라도 여전히 그 단백질은 biomarker로써 의미를 갖는다. 그러므로 SAA의 경우에도 통계분석에 의한 biomarker로써의 이용가능성을 확증시키기 위한 실험에 필요하다. 폐암(악성종양)환자와 양성종양 환자들 사이에서도 단백질 발현량에 차이가 있을 수 있으므로 양성종양 환자의 혈청도 함께 발현양상을 분석할 필요가 있다. 위에서 언급했던 SAA를 제외하고, 정상인 혈청 단백질 발현량 양상의 경우에는 모두 유사하게 나타났다. 이러한 점으로 볼 때, 항체 마이크로어레이를 통하여 정상인뿐만 아니라 양성종양 환자로부터 폐암(악성종양)환자를 구별해 낼 수 있다는 것을 확인하였다. 더 나아가 이러한 단백질들을 발현률의 차이를 분석함으로써 폐암진단이 가능함을 알 수 있었다.Expression analysis of proteins, Relative proteins of the three test sample groups were calculated by conversion to INR and log2 values (FIG. 4A). The log2 (INR) value of a particular protein is higher than 1.0 or greater than 1.0, meaning that it is up-regulated and down-regulated, respectively. As expected, there was no difference between the expression rates of normal and serum samples. Since the standard sample is a collection of four normal human serum, these results indicate that the standard sample worked properly for profiling in the antibody microarray. In contrast, serum from lung cancer patients showed a significant difference in expression when compared to standard samples, with the exception of HAS and AATF. Contrary to the results of normal human expression, AQP5, CKB, HESX1, MCM3, TFIID, and TGIF showed lower levels of expression in lung cancer patients with six proteins than in normal human serum. . Unlike the other antibodies selected, HAS (human serum albumin) on the right side of the table was used as a positive control, not a candidate protein of the biomarker, so it was confirmed that there was no difference in the expression level of the microarray. SAA was confirmed to be up-regulated in lung cancer patients as in other papers, and the same results are expected in the positive patients. If protein expression levels are statistically significant between two patient groups, the protein is still meaningful as a biomarker, even if both patients are up-regulated. Therefore, SAA is also required for experiments to confirm its availability as a biomarker by statistical analysis. Since there may be a difference in protein expression levels between lung cancer patients (malignant tumor) and benign tumor patients, it is necessary to analyze the expression patterns of the patients with benign tumors. Except for the SAA mentioned above, all of the normal serum protein expression patterns were similar. In this regard, it was confirmed that the antibody microarray can distinguish lung cancer (malignant tumor) patients from benign tumor patients as well as normal people. Furthermore, lung cancer diagnosis was possible by analyzing the difference in expression rate of these proteins.
상기 항체 마이크로 어레이로 분석한 폐암 조직과 정상 폐 조직사이의 mRNA 발현량 양상을 하기 표에 나타냈으며, 표에서 다운-레굴레이션되는 mRNA는 검정색 역삼각형(▼)으로 표시하고, up-regulation되는 단백질은 빈 삼격형(Δ)으로 표시한다.The expression level of mRNA between lung cancer tissue and normal lung tissue analyzed by the antibody microarray is shown in the following table, in which the down-regulated mRNA is represented by a black inverted triangle (▼) and the protein is up-regulated. Denotes an empty triangular shape (Δ).
[표 7]TABLE 7
항체 마이크로 어레이로 분석한 폐암 조직과 정상 폐 조직사이의 mRNA 정량 MRNA quantification between lung cancer tissue and normal lung tissue analyzed by antibody microarray
실시예Example 3: 3: 웨스턴Weston 블랏팅Blotting
웨스턴 블랏팅은 항원성 에피토프(antigenic epitope)과 반응하는 항체를 이용하여 단백질 혼합물 중에서 원하는 단백질(antigen)만을 찾아내는 방법으로 cDNA 마이크로어레이 분석 결과 폐암환자와 정상인 사이에서 차별적으로 발현되리라 생각 되는 단백질의 발현 양상에 대한 마이크로어레이의 결과를 확증하기 위해 수행하였다.Western blotting is a method of finding only the desired protein in a protein mixture by using an antibody that reacts with an antigenic epitope. As a result of cDNA microarray analysis, expression of a protein that is thought to be differentially expressed between lung cancer patients and normal people. This was done to confirm the results of the microarrays on the aspects.
B-1. 혈청 시료의 준비B-1. Preparation of Serum Samples
ProteoExtract Albumin/IGg Removal Kit (Calbiochem, La Jolla, CA)을 사용하여 혈청단백질의 대부분을 차지하는 알부민과 IGg를 제거하였다. (혈청이 약 1/30 정도 희석된다.) 희석된 혈청을 Bradford 정량하여 2X SDS 샘플 완충액과 섞은 후 3분간 끓인 후 12000rpm에서 4분간 원심분리 하여 샘플을 튜브 바닥에 모았다.ProteoExtract Albumin / IGg Removal Kit (Calbiochem, La Jolla, Calif.) Was used to remove albumin and IGg, which make up the majority of serum proteins. (The serum is diluted about 1/30.) The diluted serum was quantified by Bradford, mixed with 2X SDS sample buffer, boiled for 3 minutes, and centrifuged at 12000 rpm for 4 minutes to collect samples at the bottom of the tube.
[표 8]TABLE 8
웨스턴 블랏팅에 사용된 항체Antibodies Used in Western Blotting
C-2. C-2. 웨스턴Weston 블랏팅Blotting
준비된 혈청 샘플을 12% SDS 폴리아미드겔에서 70V에서 15분 120V 1시간 가량 전기영동하고 니트로셀룰로스 멤브레인으로 단백질을 300mA에서 1시간 동안 이동시켰다. 단백질이 이동된 멤브레인을 상온에서에 1시간 동안 5% 탈지유를 포함하는 TBS-T 완충액(0.1% 트윈-20)로 차단하였다. 선택된 단백질에 대한 항체를 일차 항체로 1/2000로 TBS-T 완충액에 희석하여 4℃에서 하룻밤 동안 반응시켰다. 일차 항체가 붙은 멤브레인을 TBS-T 완충액(0.1% 트윈-20)로 10분마다 5회 씻어 주고, 이차 항체를 1/5000로 TBS-T 완충액에 희석하여 1시간 동안 상온에서 결합시켰다. 멤브레인을 10분마다 TBS-T 완충액으로 5회 씻어 준 뒤 멤브레인과 Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA, USA)의 웨스턴 블랏팅 시약과 1분 정도 반응시키고 암실에서 Hyperfilm(Amersham Biosciences, Uk)으로 현상하였다. 웨스턴 블랏팅 수행절차를 도 5에 도시하였다.The prepared serum samples were electrophoresed at 70V for 15 minutes and 120V for 1 hour in 12% SDS polyamide gel and the protein was transferred to a nitrocellulose membrane for 1 hour at 300 mA. The protein-transferred membrane was blocked with TBS-T buffer (0.1% Tween-20) containing 5% skim milk at room temperature for 1 hour. Antibodies against the selected protein were diluted in TBS-T buffer at 1/2000 with the primary antibody and reacted overnight at 4 ° C. The membrane with primary antibody was washed five times every 10 minutes with TBS-T buffer (0.1% Tween-20), and the secondary antibody was diluted in TBS-T buffer at 1/5000 and bound at room temperature for 1 hour. Rinse the
항체 마이크로어레이의 분석결과를 확증하기 위해 각 항체별로 웨스턴 블랏팅을 수행 하였다. 이번 실험의 경우 혈청에서 표적 단백질인 AQP5, CKB, HESX1, MCM3, TFIID, TGIF을 각각 웨스턴 블랏팅을 수행하였다. AQP5의 경우에는 마이크로어레이 결과처럼 폐암환자와 정상인 사이의 단백질 발현량이 down-regulation 됨을 확인 하였다.(도 6B) 도 6B에서 Δ는 Khan N, Cromer CJ, Campa M, Patz EF Jr. Clinical utility of serum amyloid A and macrophage migration inhibitory factor as serum biomarkers for the detection of nonsmall cell lung carcinoma. Cancer. 2004 Jul 15;101(2):379-84에 기재된 ELISA 실험결과이다.Western blotting was performed for each antibody to confirm the analysis results of antibody microarrays. In this experiment, we performed Western blotting on the target proteins AQP5, CKB, HESX1, MCM3, TFIID, and TGIF in serum. In the case of AQP5, it was confirmed that the expression level of protein between lung cancer patients and normal subjects was down-regulated as in microarray results. (FIG. 6B) In FIG. 6B, Δ is Khan N, Cromer CJ, Campa M, Patz EF Jr. Clinical utility of serum amyloid A and macrophage migration inhibitory factor as serum biomarkers for the detection of nonsmall cell lung carcinoma. Cancer. The results of the ELISA experiment described in 2004
AQP5를 제외한 다른 5개의 단백질의 경우 원하는 단백질이 분명하게 탐지되지는 않았다. 항체 마이크로어레이의 경우 매우 작은 양의 샘플로도 단백질의 발현 양상을 분석하는데 높은 민감도를 가지나 웨스턴 블랏팅의 샘플에 포함된 단백질의 양이 적은 경우 탐지하기 어렵다. 또한 혈청의 경우 많은 양의 알부민과 IGg가 포함되어 전기영동에 의한 단백질 분리에 영향을 미치므로 혈청을 웨스턴 블랏팅 하기에는 많은 주의가 요구되며 웨스턴 블랏팅의 경우 단백질의 양이 매우 많고 다양한 종류의 단백질을 포함하고 있는 혈청이 적합한 시료가 되지는 못한다. 또한 혈액에 의한 희석효과에 의해 혈청의 전체 단백질에 비례한 표적 단백질의 양이 매우 적은 수준으로 존재 할 수 있으므로 웨스턴 블랏팅으로 탐지하기 어려움이 있으리라 생각된다. For five other proteins except AQP5, the desired protein was not clearly detected. In the case of antibody microarrays, even a very small amount of sample has high sensitivity for analyzing the expression of the protein, but it is difficult to detect when the amount of protein contained in the sample of Western blotting is small. In addition, since serum contains a large amount of albumin and IGg, which affects protein separation by electrophoresis, much caution is required for western blotting of serum, and Western blotting has a large amount of protein and various kinds of proteins. Serum containing is not a suitable sample. In addition, due to the dilution effect by blood, it may be difficult to detect by western blotting because the amount of target protein in proportion to the total protein of serum may be present at a very low level.
본 발명은 폐암 환자에서 정상인과 차별적으로 발현되는 혈청 단백질 47개의 혈액 내 함유량으로 폐암을 조기 진단하는 용도에 관한 특허로, 본 발명에 따른 단백질 칩을 사용하는 경우, 폐암의 조기진단에 있어 결과의 판독이 신속 정확하여 효율적이며, 혈청만으로 진단이 가능하므로 진단이 용이하고 편리하다. The present invention is a patent for the early diagnosis of lung cancer in the blood content of 47 serum proteins which are differentially expressed in lung cancer patients, and when using the protein chip according to the invention, the results of the early diagnosis of lung cancer The readings are quick, accurate and efficient, and can be diagnosed with serum only, making diagnosis easy and convenient.
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