KR20190121781A - 생식 세포-분비된 성장 인자들 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생식 능력, 생식 기능 장애 및 불임 관리의 진단 마커에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 대상체에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린(cumulin) 중 하나 이상의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 대상체의 생식 잠재력을 예측하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 생식 능력(fertility), 생식 기능 장애(reproductive dysfunction) 및 불임 관리(infertility management)의 진단 마커에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 난모세포의 양과 질, 정자의 질, 및 생식 잠재력 (fertility potential)의 바이오마커에 관한 것이다.
생식 능력 관리는 피임을 통한 생식 능력의 조절이나 생식 기능 질환 및 불임의 진단 및 치료에 있어 세계적인 주요 건강 문제이다. 전 세계 여섯 부부 중 하나는 불임을 겪고 있으며 대부분의 서구 국가에서 태어난 모든 아기의 ~3-4%는 체외 수정 (in vitro fertilization; IVF)과 같은 첨단 생식술의 결과이다. IVF의 현대 실행의 핵심은 진단, 구체적으로 혈액 샘플, 특히 여성 파트너의 혈액 샘플로부터 다양한 호르몬의 측정에 있다. 호르몬 측정은 생식 기능 장애 및 질환을 정확하게 진단하여 후속 치료의 최선의 과정을 결정하기 위해 필요하다. 또한, 치료 과정 (예: IVF) 동안 약물, 특히 난포 자극 호르몬 (follicle stimulating hormone; FSH)의 투여에 대한 환자 반응을 모니터링하기 위해 반복적으로 혈액 샘플을 채취한다.
IVF를 위한 난소 과자극 주기 이전 및/또는 난소 과자극 주기 동안 혈액 샘플로부터 일상적으로 측정되는 중요한 호르몬들은 다른 것들 중에서도 항-뮬러관 호르몬 (anti-Mullerian hormone; AMH), 에스트라디올, 프로게스테론, FSH 및 황체 형성 호르몬 (luteinising hormone; LH)을 포함한다. AMH는 작은 동난포들(antral follicles)의 수를 표시하므로 임상적으로 난소 예비력 (ovarian reserve) (또는 장래의 생식 잠재력)의 간접적인 추정치로 일반적으로 사용된다. 에스트라디올은 외인성 FSH에 반응하여 난포 성장의 신뢰할 수 있는 척도를 제공한다. AMH 및 에스트라디올은 모두 난포의 벽 과립막 세포(mural granulosa cells)에 의해 생성된다.
광범위한 사용에도 불구하고, IVF는 단지 17.9%의 성공률 (출산/시작된 IVF 주기)로 비효율적이며, 비용이 많이 든다. 난모세포의 양과 난모세포의 질은 IVF 성공의 핵심적인 성공률-제한 요소이다. 이는 40세 정도의 여성에서 난모세포의 양과 질이 급격히 감소하여 생식 능력이 감소하고 결국 폐경이 시작된다는 사실로부터 명백하다.
특히, 난모세포의 양과 질에 대한 직접적인 측정이 없다. 이는 IVF에서 충족되지 않은 가장 큰 임상적 요구 중 하나에 해당하며, 이 기술의 성공은 과잉 난모세포/배아의 생성(예: 5-15/IVF주기)과 그 후 연속적인 주기에서 단일 배아, 또는 다수의 배아를 다시 환자에게 전달하는 것에 의존하기 때문이다. IVF 주기에서 회수될 수 있는 난모세포의 잠재적인 수의 측정 중 하나는 질 초음파에 의해 결정되는 "동난포 수 측정(antral follicle count; AFC)"이다. AFC를 혈청 AMH 값과 조합하면 잠재적인 난모세포 양의 임상적으로 유용한 추정치가 제공된다.
따라서, 불임을 포함한 생식 질환 환자의 관리 및 치료에서 임상의를 도울 수 있는 검사가 여전히 필요하다.
본 발명자들은 환자에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 측정하기 위한 분석법이 불임증이 있거나 IVF 치료와 같은 생식 능력 치료를 받는 남성 및 여성의 진단 및/또는 예측 마커로서 유용하다는 것을 결정하였다. 본 발명자들은 상기 분석법이 임상의의 진단 및 환자 관리에서 임상의에게 추가적이고 상호 보완적인 정보를 제공하고, 상기 분석법이 단독으로 또는 기존 진단 시험에 부가하여 사용될 수 있음을 입증하였다.
따라서, 일 측면에서 대상체에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 중 하나 이상의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 대상체의 생식 잠재력을 예측하는 방법이 제공된다.
일 구체예에서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준은 난모세포의 질 및/또는 난모세포의 양을 나타낸다.
다른 구체예에서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준은 정자의 질을 나타낸다. 당 업계에서 이해되는 바와 같이, 정자의 질은 정자의 양, 운동성 및 형태에 의해 측정될 수 있다. 일 구체예에서, 상기 정자의 질은 정자의 운동성 또는 정자의 비정상성일 수 있다.
본 발명자들에 의해 개발된 방법 및 분석법은 자연 임신을 시도하는 여성에서, 특히 생식 치료 중에 임신이 될 가능성을 결정하는데 유용하다. 따라서, 다른 측면에서, 대상체에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 중 하나 이상의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 대상체에서 임신 성공을 예측하는 방법이 제공된다.
일 구체예에서, 기준 수준과 비교하여 상기 대상체에서 낮은 수준의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린은 낮은 생식 잠재력을 나타내고 및/또는 임신 성공 가능성이 낮은 것으로 예측된다.
본 발명자들은 또한 대상체에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준이 생식 질환을 나타내는 것으로 결정하였다. 따라서, 추가적인 측면에서, 대상체에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 중 하나 이상의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 대상체에서 생식 질환을 진단 또는 예측하는 방법이 제공된다.
본원에 개시된 방법의 일 구체예에서, 상기 대상체는 생식 능력 치료를 받고 있다. 일 특정 예에서, 상기 대상체는 배란 유도 (Ovulation Induction; OI), 자궁 내 수정 (Intra-Uterine Insemination; IUI), 체외 수정 (In Vitro Fertilisation; IVF) 치료, 세포질 내 정자 주입 (Intra-cytoplasmic Sperm Injection; ICSI), 체외 성숙 (In Vitro Maturation; IVM); 동결 배아 이식 (frozen embryo transfer; FET) 및/또는 기타 보조 생식술로부터 선택된 생식 능력 치료를 받고 있다.
일 구체예에서, 상기 생식 질환은 조기 폐경, 다낭성 난소 (polycystic ovaries; PCO), 다낭성 난소 증후군 (polycystic ovarian syndrome; PCOS) 또는 자궁 내막증이다.
본원에 개시된 방법 또는 분석법의 또 다른 구체예에서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준은 대상체로부터 수득된 샘플에서 결정된다. 일 구체예에서, 상기 샘플은 혈청, 혈장, 소변, 정액, 난포액, 체세포, 난모세포 또는 배아에 의해 조절된 배양 배지, 및/또는 IVF 또는 ICSI 치료 중에 수집된 생물학적 물질을 포함한다.
일 구체예에서, 상기 난포액 및/또는 체세포는 치료 이전, 또는 IVF 또는 ICSI 치료 중에 수집된다.
일 구체예에서, 상기 방법은 생식 능력 및/또는 생식 질환과 관련된 것으로 알려진 마커와 같은 다른 마커에 대한 검사를 포함한다. 일 특정 구체예에서, 상기 대상체는 여성이고, 상기 방법은 대상체로부터의 샘플에서 항-뮬러관 호르몬 (AMH)의 수준을 결정하는 단계를 더 포함한다.
당업자에게 이해되는 바와 같이, 본원에 개시된 방법 및 분석법은 대상체 샘플에서 마커의 수준을 기준 샘플, 또는 준비된 데이터 세트 예를 들어 기준 집단으로부터 준비된 바와 같은 데이터 세트와 비교함으로써 수행될 수 있다. 따라서, 일 구체예에서, 상기 방법은 상기 대상체에서의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 기준 샘플 또는 기준 집단에서의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준과 비교하는 단계를 포함한다.
일 구체예에서, 상기 기준 샘플 또는 기준 집단에서의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준과 비교하여 상기 대상체에서 더 높은 수준의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린은 대상체로부터 더 높은 수의 난모세포가 회수될 수 있음을 나타낸다.
다른 구체예에서, 상기 대상체는 OI, IUI, ICSI 또는 IVF를 받고 있는 PCOS 환자이고, 상기 방법은 BMP15의 수준을 결정하는 단계를 포함한다.
또 다른 구체예에서, 기준 샘플 또는 기준 집단에서의 GDF9의 수준과 비교하여 남성 대상체에서 더 낮은 수준의 GDF9는 감소된 정자 운동성을 나타내고 및/또는 비정상적 정자 형태를 나타낸다.
다른 측면에서, 샘플을 항-GDF9 항체, 항-BMP15 항체 및/또는 항-큐뮬린 항체와 접촉시켜 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 대상체 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하는 방법이 추가로 제공된다.
일 구체예에서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하는 단계는 항-GDF9 항체, 항-BMP15 항체 및/또는 항-큐뮬린 항체와 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 복합체를 검출하는 단계를 포함한다. 일 구체예에서, 상기 항체는 검출 가능하게 표지된다.
상기 대상체 샘플은 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린이 검출될 수 있는 임의의 적합한 생물학적 샘플일 수 있다. 상기 샘플은 환자가 건강할 때, 생식 능력 치료 이전 또는 그 동안, 및/또는 생식 질환의 진단 이후에 획득될 수 있다. 일 구체예에서, 상기 샘플은 혈청, 혈장, 소변, 정액, 난포액, 체세포, 난모세포 또는 배아에 의해 조절된 배양 배지, 및/또는 IVF 치료 중에 수집된 생물학적 물질이다.
일 특정 구체예에서, 본 발명은 대상체에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 중 하나 이상의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 대상체의 난모세포/배아의 생식 질(reproductive quality)을 결정하는 방법을 제공한다.
상기 대상체의 난모세포/배아의 질은 예를 들어, IVF의 성공과 직접적인 상관 관계가 있는 것으로 잘 알려져 있다. 현재 선택 절차는 대부분 배아가 발생하는 동안의 다른 시점에서 배아의 형태학적 평가 및 특히 표준 입체 현미경을 사용한 이식시의 평가에 전적으로 기초한다. 난모세포/배아의 질은 (i) 하나 이상의 세포 분열에 대한 세포 분열 기간, (ii) 분열 중의 기간, (iii) 분열 중의 기간에서 세포 이동 기간, 및/또는 (iv) 분열 중의 기간에서 세포 이동의 정도를 측정하는 것을 포함하는 임의의 수의 기술에 의해 평가될 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, 본 발명은 알려진 표준과 비교하여 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 중 하나 이상의 수준을 결정함으로써 난모세포/배아의 질을 평가한다.
일 특정 구체예에서, 상기 난모세포 또는 배아에 의해 조절된 배양 배지, 난포액 및/또는 체세포는 IVF 치료 중에 수집된다.
일 구체예에서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준은 ELISA 분석법에 의해 결정된다.
다른 구체예에서, 상기 방법은 상기 샘플을 항-GDF9 항체 및 항-BMP15 항체와 접촉시켜 상기 큐뮬린의 수준을 결정하는 단계를 포함한다.
다른 측면에서, 환자에 대해 배란 유도 (OI), 체외 수정 (IVF) 치료, 세포질 내 정자 주입 (ICSI) 치료, 자궁 내 수정 (IUI), 체외 성숙 (IVM); 동결 배아 이식 (FET) 또는 기타 보조 생식술을 수행하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
ⅰ) 환자에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하는 단계, 및
ⅱ) 상기 환자에서의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준에 기초하여 OI, IVF, ICSI, IUI, IVM, FET 또는 기타 보조 생식술의 치료 과정을 변형하는 단계.
일 구체예에서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준은 환자 샘플에서 결정된다.
다른 구체예에서, 상기 방법은 상기 환자로부터 샘플을 수득하는 단계를 포함한다.
일 구체예에서, 상기 방법은 상기 환자로부터 수득된 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하는 단계를 포함한다.
일 구체예에서, 상기 샘플은 혈청, 혈장, 소변, 정액, 난포액, 체세포, 난모세포 또는 배아에 의해 조절된 배양 배지, 및/또는 IVF 치료 중에 수집된 생물학적 물질이다.
일 특정 구체예에서, 상기 난포액 및/또는 체세포는 IVF 치료 중에 수집된다.
다른 구체예에서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준은 ELISA 분석법에 의해 결정된다.
본원에 개시된 방법의 일 구체예에서, 상기 방법은 대상체 또는 환자 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준에 기초하여 치료를 지시하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 치료를 지시하는 단계는 대상체 또는 환자에게 배란 유도 (OI), 체외 수정 (IVF) 치료, 세포질 내 정자 주입 (ICSI) 치료, 자궁 내 수정 (IUI), 체외 성숙 (IVM); 동결 배아 이식 (FET) 또는 기타 보조 생식술을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 치료를 지시하는 단계는 생식 치료 동안 환자 호르몬 요법을 변경하는 단계을 포함한다. 다른 구체예에서, 치료를 지시하는 단계는 대상체 또는 환자에게 추가적인 진단 검사를 지시하는 단계를 포함한다. 일 특정 구체예에서, 대상체 또는 환자는 남성이고, 남성-요인 불임에 대한 전체-정액 분석 및/또는 추가 혈액 검사를 나타낸다.
또 다른 구체예에서, 치료를 지시하는 단계는 예를 들어, 기준 수준과 비교하여 비정상적인 수준의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린을 갖는 남성에 대해 IVF 대신 세포질 내 수정을 이용하는 것으로 난모세포 수정을 위한 실험실 절차를 변경하는 단계를 포함한다.
다른 구체예에서, 치료를 지시하는 단계는 대상체 또는 환자에 대해 초음파와 같은 추가적인 조사, 또는 대상체에 대해 자궁내막증에 대한 복강경 수술과 같은 추가적인 치료를 수행하는 단계를 포함한다.
다른 측면에서, 혈청, 혈장, 소변, 정액, 난포액, 체세포, 및/또는 IVF 치료 중에 수집된 생물학적 물질로부터 선택된 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린을 검출하기 위한 하나 이상의 시약을 포함하는, 환자 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하기 위한 키트, 분석법 또는 장치가 제공된다.
또 다른 측면에서, 하기를 생식능력을 평가하기 위한 키트, 분석법 또는 장치가 제공된다:
(ⅰ) 혈청, 혈장, 난포액, 및 체세포로부터 선택된 생물학적 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린을 검출하기 위한 하나 이상의 시약; 및
(ⅱ) 사용 설명서.
일 구체예에서, 상기 하나 이상의 시약은 항-GDF9 항체, 항-BMP15 항체 및/또는 항-큐뮬린 항체를 포함한다.
일 특정 구체예에서, 상기 생물학적 샘플은 혈청 또는 혈장이다.
당업자는 환자 샘플에서 폴리펩티드 마커의 검출에 이용 가능한 다수의 분석법 및 기술이 있음을 인식할 것이지만, 일 구체예에서, 상기 분석법은 ELISA 분석법이다.
또 다른 구체예에서, 상기 분석법은 기준 샘플을 더 포함한다.
일 구체예에서, 상기 키트, 분석법 또는 장치는 검출 가능하게 표지된 항체를 포함한다.
또 다른 구체예에서, 상기 장치는 측면 유동 면역분석 장치 (면역크로마토 그래피 테스트 스트립(immunochromatographic test strips))와 같은 현장 진단 장치이다.
명백해지는 바와 같이, 본 발명의 일 측면의 바람직한 특징 및 특성은 본 발명의 많은 다른 측면에 적용될 수 있다.
본 명세서 전체에서 용어 "포함하다(comprise)", 또는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는 (comprising)"과 같은 변형은 언급된 구성, 정수 또는 단계, 또는 구성들, 정수들 또는 단계들의 군의 포함을 의미하지만, 다른 구성, 정수 또는 단계, 또는 구성들, 정수들 또는 단계들의 군의 배제를 의미하지는 않는 것으로 이해될 것이다.
본 발명은 다음의 비제한적인 실시예 및 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
도 1. GDF9 ELISA. GDF9 ELISA는 HEK-283T 조절된 배지에서 GDF9의 양을 측정하기 위해 개발되었다. 재조합 마우스 GDF9(●)를 표준으로 사용하였고, 분석의 특이성을 다양한 TGF-β 패밀리 구성원들을 사용하여 평가하였다; 야생형 인간 GDF9 (◆), 인간 GDF9 L40V (◇), 인간 BMP15 (□), 인간 액티빈(activin) A (o), 및 인간 TGF-β3 (▼). 빈(empty) 벡터, pcDNA3.1 (r)로 형질 감염된 세포들로부터의 농축 배지의 희석물을 대조군으로 포함시켰다. ELISA는 0.2 ng/ml의 민감도로 상기 TGF-β 패밀리 구성원들과 관련하여 0.1 % 미만의 특이성을 갖는다. 값은 대표 실험에서 이중으로 ± SEM을 나타낸다.
도 2. GDF9, BMP15 및 큐뮬린 ELISA의 특이성. 다양한 ELISA에서 기준 제제(reference preparations)의 용량 반응 곡선; (A) GDF9, (B) BMP15, 및 (C) 큐뮬린. (A) GDF9 ELISA: Coat 72B-Biot 53-1; R&D Systems의 재조합 마우스 GDF9 (●), 고분자량 (high molecular weight; HMW) 재조합 인간 BMP15 (◆), 재조합 인간 큐뮬린 (▲). (B) GDF9 ELISA: Coat 72B-Biot 53-1; R&D Systems의 재조합 마우스 GDF9 (●), 고분자량 (HMW) 재조합 인간 BMP15 (◆), 재조합 인간 큐뮬린 (▲). (C) 큐뮬린 ELISA: Coat 72B- Biot 28A; 재조합 인간 큐뮬린 (○; R&D Systems의 재조합 마우스 GDF9 (◆), 고분자량 (HMW) 재조합 인간 BMP15 (●), 고분자량 (HMW) 재조합 인간 GDF9 (▲).
도 3. 혈청 분석 조건 하의 BMP15 ELISA에서 혈청 및 인간 BMP15 기준 제제(human BMP15 reference preparations)의 용량 반응 곡선. X 축에서 BMP15 기준 제제는 ng/ml로 제시된다. 혈청 QC의 용량 반응 희석물은 X 축에서 임의로 위치한 2배 용량으로 제시된다.
도 4. 개별 환자들에 IVF 주기 (픽업(pick-up) 당 0-5, 6-10, 11-15 및 >16의 난모세포) 동안 회수된 난모세포의 수에 대해 그룹화된, 환자들(비-PCO(S) 및 PCO(S))에서 혈청 바이오마커 수준; (A) GDF9, (B) BMP15, (C) AMH.
도 5. 혈청에 적용할 때 GDF9 ELISA의 최적화. GDF9 ELISA에 1M NaCl과 남성 혈청을 첨가한 효과. (A) 완충액 A: 100mM Tris/HCl pH8.0, 0.5% BSA, 1M NaCl, 1% Tween 20, 남성 혈청 없음; (B) 완충액 B + 남성 혈청: 100mM Tris/HCl pH8.0, 0.5% BSA 0.154M NaCl, 0.1% Tween 20, 남성 혈청 포함; (C) 완충액 A + 남성 혈청: 100mM Tris/HCl pH8.0, 0.5% BSA, 1M NaCl, 1% Tween 20, 남성 혈청 포함.
도 6. 모든 환자 (비-PCO(S) 및 PCO(S))에서 혈청 GDF9 및 BMP15 수준의 상관 관계. 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 7. 개별 환자들이 IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수 (<10 및 ≥10 난모세포)에 대해 그룹화된, 환자들(비-PCO(S) 및 PCO(S))에서 혈청 바이오마커 수준; (A) GDF9, (B) BMP15, (C) AMH, (D) BMP15:GDF9.
도 8. IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수에 대한 비-PCO(S) 환자에서 혈청 바이오마커 수준; (A) GDF9, (B) BMP15, (C) AMH. 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 9. IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수에 대한 PCO(S) 환자에서 혈청 바이오마커 수준; (A) GDF9, (B) BMP15, (C) AMH. 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 10. IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수에 대한 비-PCO(S) 및 PCO(S) 환자 조합에서 혈청 바이오마커 수준; (A) GDF9, (B) BMP15, (C) AMH. 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 11. IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수에 대한 비-PCO(S) 및 PCO(S) 환자 조합에서 혈청 바이오마커 수준 (A, C), 및 관련 ROC 곡선 (B). (A, B) GDF9:AMH 비율, (C) BMP15:GDF9 비율.
도 12. IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수에 대한 비-PCO(S) 및 PCO(S) 환자 조합에서 혈청 BMP15:AMH 비율 (A), 및 관련 ROC 곡선 (B).
도 13. 자궁내막증에 대해 임상적으로 평가된 환자에서 혈청 바이오마커 수준. (A) 모든 환자에서의 GDF9; (B) GDF9를 검출할 수 있는 환자에서의 GDF9; (C) 모든 환자에서의 BMP15; (D) BMP15를 검출할 수 있는 환자에서의 BMP15; (E) BMP15 및 GDF9를 검출할 수 있는 환자에서의 BMP15:GDF9 비율.
도 14. 자궁내막증에 대해 임상적으로 평가된 환자에서의 혈청 GDF9, BMP15 및 GDF9:BMP15 비율에 대한 ROC 곡선 분석.
도 15. 환자 연령에 대한 혈청 바이오마커 수준; (A) GDF9, (B) BMP15, (C) AMH. 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 16. IVF를 위한 길항제 자극 주기에 걸친 여성의 혈청 BMP15 수준. (A) 자극 전 기준 혈액에 대한 환자 주기 일. (B) IVF를 위한 하나의 자극 주기 내에 연속적인 혈액 샘플(일)을 나타내는 개별 환자. 점선은 ELISA의 검출 한계이다.
도 17. 남성-요인 불임의 증거에 대한 남성 혈청 GDF9 수준. 남성-요인 불임의 증거가 있는 남성 혈청에서의 GDF9.
도 18. 인간 큐뮬러스 (cumulus) 세포 표면으로부터 GDF9 및 BMP15의 추출을 위한 프로토콜의 개발. ICSI (세포질 내 정자 주입)를 이용하여 불임 치료를 받고 있는 환자로부터 수집된 인간 큐뮬러스 세포로부터 GDF9 (A, B) 및 BMP15 (C) 추출에 대한 염 농도의 영향. (A, B) GDF9 ELISA에서 큐뮬러스 세포 추출물의 용량 반응 곡선. 1.5-2M의 염 농도로 추출한 큐뮬러스 세포는 0.125M 및 1M NaCl과 비교하여 최대 반응을 나타냈다. (C) BMP15 수준은 큐뮬러스 세포 DNA 함량에 대해 표시된다. 1.5M의 염 농도가 GDF9 및 BMP15 ELISA 모두에 대한 후속 실험을 위해 선택되었다.
도 19. 기준 제제로서 재조합 인간 GDF9 및 BMP15, 및 인간 큐뮬러스 및 과립막 세포의 추출물을 사용한 GDF9 (A) 및 BMP15 (B) ELISA 용량 반응 곡선. GDF9 및 BMP15 기준 제제와 큐뮬러스 세포 추출물 사이에 비-평행이 관찰되었으므로, 과립막 세포 (granulosa cell; GC) 추출물을 두 ELISA에서 임의 단위 (au)를 갖는 기준 제제로 사용하였다.
도 20. 양자 간의 선형 회귀 분석; (A) 큐뮬러스 세포의 총 DNA 및 IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수, (B) 큐뮬러스 세포 BMP15 및 난모세포 수 및 (C) 큐뮬러스 세포 BMP15 및 총 DNA. 점은 개별 환자를 나타낸다. BMP15 및 난모세포 수와 대조적으로 BMP15 및 DNA 사이에는 밀접한 관계를 갖는 것으로 나타났다. 이는 환자들 사이에서 난모세포 당 다양한 수의 큐뮬러스 세포에 기인한다.
도 21. BMP15가 난모세포 당 (A) 및 μg DNA 당 (B)으로 표현될 때, 큐뮬러스 세포 BMP15 수준 및 IVF 주기 동안 회수된 난모세포 수 사이의 관계 (점은 개별 환자를 나타냄). 더 많은 난모세포를 가진 환자는 전체적으로 더 많은 BMP15를 분비할뿐만 아니라, (인접한 큐뮬러스 세포에서 분비되고 검출된) 더 많은 BMP15/난모세포를 분비한다.
도 22. 큐뮬러스 세포 BMP15 수준 (μg DNA 당)과 환자 연령 사이의 관계. 점은 개별 환자를 나타낸다. 회귀 분석 (A)과 연령 <35 세 및 ≥35 세로 그룹화된 경우 (B) 모두 연령에 따라 크게 감소한 것으로 나타났습니다.
도 23. 양자 간의 관계; 큐뮬러스 세포 BMP15 수준 (μg DNA 당) 및 (A) 성숙한 (중기 II [MII]) 난모세포 (%), (B) 성숙한 난모세포 수; 및 총 큐뮬러스 세포 BMP15 수준 및 (C) 성숙한 (중기 II [MII]) 난모세포 (%), (D) 성숙한 난모세포 수. 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 24. 양자 간의 관계; 큐뮬러스 세포 BMP15 수준 (μg DNA 당) 및 (A) 난모세포 수정률 (% 2PN/MII), (B) 및 성공적으로 수정된 난모세포의 수 (2PN); 및 총 큐뮬러스 세포 BMP15 수준 및 (C) 난모세포 수정률 (% 2PN/MII), 및 성공적으로 수정된 난모세포의 수 (2PN) (D). 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 25. ICSI를 받는 환자에서 총 큐뮬러스 세포 BMP15 수준과 이들의 (A) 혈청 프로게스테론 및 (B) 혈청 에스트라디올 수준의 관계.
서열목록의 핵심
서열번호 1 - 인간 GDF9의 아미노산 서열 (UniProtKB/Swiss-Prot Accession No. O60383)
서열번호 2 - 인간 BMP15의 아미노산 서열 (UniProtKB/Swiss-Prot Accession No. O95972 또는 Genbank Accession No. NP-005439)
서열번호 3 - GDF9의 N-말단 펩티드 (프로-도메인)
서열번호 4 - BMP15의 N-말단 펩티드 (프로-도메인)
서열번호 5 - GDF9의 C-말단 펩티드 (성숙한 도메인)
서열번호 6 - BMP15의 C-말단 펩티드 (성숙한 도메인)
서열번호 7 - mAb 53-1이 증가된(raised) GDF9의 N-말단 펩티드
서열번호 8 - mAb 72b가 증가된 GDF9의 N-말단 펩티드
서열번호 9 - mAb 28A가 증가된 BMP15의 N-말단 펩티드
도 2. GDF9, BMP15 및 큐뮬린 ELISA의 특이성. 다양한 ELISA에서 기준 제제(reference preparations)의 용량 반응 곡선; (A) GDF9, (B) BMP15, 및 (C) 큐뮬린. (A) GDF9 ELISA: Coat 72B-Biot 53-1; R&D Systems의 재조합 마우스 GDF9 (●), 고분자량 (high molecular weight; HMW) 재조합 인간 BMP15 (◆), 재조합 인간 큐뮬린 (▲). (B) GDF9 ELISA: Coat 72B-Biot 53-1; R&D Systems의 재조합 마우스 GDF9 (●), 고분자량 (HMW) 재조합 인간 BMP15 (◆), 재조합 인간 큐뮬린 (▲). (C) 큐뮬린 ELISA: Coat 72B- Biot 28A; 재조합 인간 큐뮬린 (○; R&D Systems의 재조합 마우스 GDF9 (◆), 고분자량 (HMW) 재조합 인간 BMP15 (●), 고분자량 (HMW) 재조합 인간 GDF9 (▲).
도 3. 혈청 분석 조건 하의 BMP15 ELISA에서 혈청 및 인간 BMP15 기준 제제(human BMP15 reference preparations)의 용량 반응 곡선. X 축에서 BMP15 기준 제제는 ng/ml로 제시된다. 혈청 QC의 용량 반응 희석물은 X 축에서 임의로 위치한 2배 용량으로 제시된다.
도 4. 개별 환자들에 IVF 주기 (픽업(pick-up) 당 0-5, 6-10, 11-15 및 >16의 난모세포) 동안 회수된 난모세포의 수에 대해 그룹화된, 환자들(비-PCO(S) 및 PCO(S))에서 혈청 바이오마커 수준; (A) GDF9, (B) BMP15, (C) AMH.
도 5. 혈청에 적용할 때 GDF9 ELISA의 최적화. GDF9 ELISA에 1M NaCl과 남성 혈청을 첨가한 효과. (A) 완충액 A: 100mM Tris/HCl pH8.0, 0.5% BSA, 1M NaCl, 1% Tween 20, 남성 혈청 없음; (B) 완충액 B + 남성 혈청: 100mM Tris/HCl pH8.0, 0.5% BSA 0.154M NaCl, 0.1% Tween 20, 남성 혈청 포함; (C) 완충액 A + 남성 혈청: 100mM Tris/HCl pH8.0, 0.5% BSA, 1M NaCl, 1% Tween 20, 남성 혈청 포함.
도 6. 모든 환자 (비-PCO(S) 및 PCO(S))에서 혈청 GDF9 및 BMP15 수준의 상관 관계. 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 7. 개별 환자들이 IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수 (<10 및 ≥10 난모세포)에 대해 그룹화된, 환자들(비-PCO(S) 및 PCO(S))에서 혈청 바이오마커 수준; (A) GDF9, (B) BMP15, (C) AMH, (D) BMP15:GDF9.
도 8. IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수에 대한 비-PCO(S) 환자에서 혈청 바이오마커 수준; (A) GDF9, (B) BMP15, (C) AMH. 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 9. IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수에 대한 PCO(S) 환자에서 혈청 바이오마커 수준; (A) GDF9, (B) BMP15, (C) AMH. 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 10. IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수에 대한 비-PCO(S) 및 PCO(S) 환자 조합에서 혈청 바이오마커 수준; (A) GDF9, (B) BMP15, (C) AMH. 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 11. IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수에 대한 비-PCO(S) 및 PCO(S) 환자 조합에서 혈청 바이오마커 수준 (A, C), 및 관련 ROC 곡선 (B). (A, B) GDF9:AMH 비율, (C) BMP15:GDF9 비율.
도 12. IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수에 대한 비-PCO(S) 및 PCO(S) 환자 조합에서 혈청 BMP15:AMH 비율 (A), 및 관련 ROC 곡선 (B).
도 13. 자궁내막증에 대해 임상적으로 평가된 환자에서 혈청 바이오마커 수준. (A) 모든 환자에서의 GDF9; (B) GDF9를 검출할 수 있는 환자에서의 GDF9; (C) 모든 환자에서의 BMP15; (D) BMP15를 검출할 수 있는 환자에서의 BMP15; (E) BMP15 및 GDF9를 검출할 수 있는 환자에서의 BMP15:GDF9 비율.
도 14. 자궁내막증에 대해 임상적으로 평가된 환자에서의 혈청 GDF9, BMP15 및 GDF9:BMP15 비율에 대한 ROC 곡선 분석.
도 15. 환자 연령에 대한 혈청 바이오마커 수준; (A) GDF9, (B) BMP15, (C) AMH. 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 16. IVF를 위한 길항제 자극 주기에 걸친 여성의 혈청 BMP15 수준. (A) 자극 전 기준 혈액에 대한 환자 주기 일. (B) IVF를 위한 하나의 자극 주기 내에 연속적인 혈액 샘플(일)을 나타내는 개별 환자. 점선은 ELISA의 검출 한계이다.
도 17. 남성-요인 불임의 증거에 대한 남성 혈청 GDF9 수준. 남성-요인 불임의 증거가 있는 남성 혈청에서의 GDF9.
도 18. 인간 큐뮬러스 (cumulus) 세포 표면으로부터 GDF9 및 BMP15의 추출을 위한 프로토콜의 개발. ICSI (세포질 내 정자 주입)를 이용하여 불임 치료를 받고 있는 환자로부터 수집된 인간 큐뮬러스 세포로부터 GDF9 (A, B) 및 BMP15 (C) 추출에 대한 염 농도의 영향. (A, B) GDF9 ELISA에서 큐뮬러스 세포 추출물의 용량 반응 곡선. 1.5-2M의 염 농도로 추출한 큐뮬러스 세포는 0.125M 및 1M NaCl과 비교하여 최대 반응을 나타냈다. (C) BMP15 수준은 큐뮬러스 세포 DNA 함량에 대해 표시된다. 1.5M의 염 농도가 GDF9 및 BMP15 ELISA 모두에 대한 후속 실험을 위해 선택되었다.
도 19. 기준 제제로서 재조합 인간 GDF9 및 BMP15, 및 인간 큐뮬러스 및 과립막 세포의 추출물을 사용한 GDF9 (A) 및 BMP15 (B) ELISA 용량 반응 곡선. GDF9 및 BMP15 기준 제제와 큐뮬러스 세포 추출물 사이에 비-평행이 관찰되었으므로, 과립막 세포 (granulosa cell; GC) 추출물을 두 ELISA에서 임의 단위 (au)를 갖는 기준 제제로 사용하였다.
도 20. 양자 간의 선형 회귀 분석; (A) 큐뮬러스 세포의 총 DNA 및 IVF 주기 동안 회수된 난모세포의 수, (B) 큐뮬러스 세포 BMP15 및 난모세포 수 및 (C) 큐뮬러스 세포 BMP15 및 총 DNA. 점은 개별 환자를 나타낸다. BMP15 및 난모세포 수와 대조적으로 BMP15 및 DNA 사이에는 밀접한 관계를 갖는 것으로 나타났다. 이는 환자들 사이에서 난모세포 당 다양한 수의 큐뮬러스 세포에 기인한다.
도 21. BMP15가 난모세포 당 (A) 및 μg DNA 당 (B)으로 표현될 때, 큐뮬러스 세포 BMP15 수준 및 IVF 주기 동안 회수된 난모세포 수 사이의 관계 (점은 개별 환자를 나타냄). 더 많은 난모세포를 가진 환자는 전체적으로 더 많은 BMP15를 분비할뿐만 아니라, (인접한 큐뮬러스 세포에서 분비되고 검출된) 더 많은 BMP15/난모세포를 분비한다.
도 22. 큐뮬러스 세포 BMP15 수준 (μg DNA 당)과 환자 연령 사이의 관계. 점은 개별 환자를 나타낸다. 회귀 분석 (A)과 연령 <35 세 및 ≥35 세로 그룹화된 경우 (B) 모두 연령에 따라 크게 감소한 것으로 나타났습니다.
도 23. 양자 간의 관계; 큐뮬러스 세포 BMP15 수준 (μg DNA 당) 및 (A) 성숙한 (중기 II [MII]) 난모세포 (%), (B) 성숙한 난모세포 수; 및 총 큐뮬러스 세포 BMP15 수준 및 (C) 성숙한 (중기 II [MII]) 난모세포 (%), (D) 성숙한 난모세포 수. 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 24. 양자 간의 관계; 큐뮬러스 세포 BMP15 수준 (μg DNA 당) 및 (A) 난모세포 수정률 (% 2PN/MII), (B) 및 성공적으로 수정된 난모세포의 수 (2PN); 및 총 큐뮬러스 세포 BMP15 수준 및 (C) 난모세포 수정률 (% 2PN/MII), 및 성공적으로 수정된 난모세포의 수 (2PN) (D). 점은 개별 환자를 나타낸다.
도 25. ICSI를 받는 환자에서 총 큐뮬러스 세포 BMP15 수준과 이들의 (A) 혈청 프로게스테론 및 (B) 혈청 에스트라디올 수준의 관계.
서열목록의 핵심
서열번호 1 - 인간 GDF9의 아미노산 서열 (UniProtKB/Swiss-Prot Accession No. O60383)
서열번호 2 - 인간 BMP15의 아미노산 서열 (UniProtKB/Swiss-Prot Accession No. O95972 또는 Genbank Accession No. NP-005439)
서열번호 3 - GDF9의 N-말단 펩티드 (프로-도메인)
서열번호 4 - BMP15의 N-말단 펩티드 (프로-도메인)
서열번호 5 - GDF9의 C-말단 펩티드 (성숙한 도메인)
서열번호 6 - BMP15의 C-말단 펩티드 (성숙한 도메인)
서열번호 7 - mAb 53-1이 증가된(raised) GDF9의 N-말단 펩티드
서열번호 8 - mAb 72b가 증가된 GDF9의 N-말단 펩티드
서열번호 9 - mAb 28A가 증가된 BMP15의 N-말단 펩티드
일반적인 기술과 정의
달리 구체적으로 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 당해 기술 분야(예: 면역학, 세포 생물학, 단백질 화학 및 생화학)의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 간주되어야 한다.
달리 지시되지 않는 한, 본 발명에 사용된 분자 유전학, 생화학 및 면역학적 기술은 당업자에게 널리 알려진 표준 절차이다. 이러한 기술은 문헌 J, Perbal, A Practical Guide to Molecular Cloning, John Wiley and Sons (1984), J. Sambrook and Russell., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd edn, Cold Spring Harbour Laboratory Press (2001), R. Scopes, Protein Purification - Principals and Practice, 3rd edn, Springer (1994), T.A. Brown (editor), Essential Molecular Biology: A Practical Approach, Volumes 1 and 2, IRL Press (1991), D.M. Glover and B.D. Hames (editors), DNA Cloning: A Practical Approach, Volumes 1-4, IRL Press (1995 and 1996), and F.M. Ausubel et al. (editors), Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates and Wiley-Interscience (1988, 현재까지의 모든 업데이트 포함), Ed Harlow and David Lane (editors) Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbour Laboratory, (1988), and J.E. Coligan et al. (editors) Current Protocols in Immunology, John Wiley & Sons (현재까지의 모든 업데이트 포함)와 같은 문헌 전체에 걸쳐 개시되고 설명된다.
BMP15, GDF9 및 큐뮬린
GDF9, BMP15 및 큐뮬린은 TGF-β 패밀리의 고유한 구성원이다 - GDF9 및 BMP15는 근본적으로 생식 세포(여성의 난모세포, 남성의 정모세포)에서만 발현되므로 생식 능력 및 치료 타겟의 이상적인 마커이다. GDF9 및 BMP15 발현이 비-생식 세포 부위에서 가능하지만, 발현 수준은 난모세포 및 정모세포에서보다 상당히 낮고 GDF9 및 BMP15에 대한 생리학적 역할은 생식선에서만 발견되었다.
GDF9 및 BMP15는 N-말단 프로- 및 C-말단 성숙한 도메인으로 구성된 전구체 분자로서 합성된다. 합성하는 동안, 프로 도메인은 성숙한 성장 인자의 폴딩(folding) 및 이량체화(dimerisation)를 지시한다 (Shi, 2011). 푸린(Furin)-유사 프로테아제는 BMP15 및 GDF9를 절단하는데, 그들의 프로도메인과 비-공유로 결합된 난모세포 및 정모세포로부터 이들이 분비된다. 세포외적으로, 프로 도메인은 그들의 표적 세포 근처에서 성숙한 GDF9 및 BMP15를 국소화할 수 있다. 대부분의 TGF-β 단백질과 달리, GDF9 및 BMP15는 분자간 이황화 결합을 형성하는 시스테인 잔기가 부족하여 (Mottershead, 2013), 비공유 이량체로서 기능한다. 따라서, GDF9 및 BMP15의 개별 단량체는 원칙적으로 이종이량체로 조립되어 큐뮬린을 형성하지 않는다.
프로도메인 치환 후, 인간 BMP15는 과립막 세포의 표면상의 I 형 (ALK6) 및 II 형 (BMPRII) 수용체의 복합체에 결합하는 것으로 여겨진다. 수용체 결합은 Smad1/5 전사 인자의 활성화 및 큐뮬러스 세포 확장 (Ptx3, Has2 및 Ptgs2)에 관여하는 것과 같은 유전자의 발현을 유도한다. 대조적으로, 인간 GDF9는 잠재적인 복합체에서 이의 도메인과 결합된 상태를 유지한다. 프로도메인 제거 후에도, 성숙한 인간 GDF9는 Smad2/3를 통한 신호 전달 능력이 매우 낮다.
단배란 종에서, GDF9 및 BMP15는 대부분의 난자 발생 전반에 걸쳐 공동-발현되므로, 항상 조합으로 고려되어야 한다 (Gilchrist et al., 2008). 실제로, 유전적, 생화학적 및 기능적 수준에서 GDF9와 BMP15 사이의 시너지 상호 작용에 대한 증거가 있다. 본 발명자들은 GDF9 및 BMP15 동종이량체에 비해 난소 과립막 및 큐뮬러스 세포에서 GDF9:BMP15 이종이량체, 큐뮬린의 강한 생체 활성을 입증하였다 (Mottershead et al., 2015). 이 분자는 생식 능력 진단 및 생식 치료법으로 유용하다는 것이 명백하다. 특히, 본 발명자들의 연구 이전에, 큐뮬린은 천연 생물학적 조직 또는 체액에서 측정되지 않았다.
난모세포에 의해 분비되는 GDF9 및 BMP15의 주요 역할은 여포 내에서 큐뮬러스 과립막 세포를 포함하는 그의 인접한 과립막 세포(GC)의 성장 및 분화를 조절하는 것이며, 이는 이후에 건강한 배아/태아의 발달에 필요한 지원을 난모세포에 공급한다 (Gilchrist et al., 2008). 따라서, GDF9, BMP15 및 큐뮬린은 파라크린 (paracrine) 성장 인자이며, 그들의 생물학적 기능은 난모세포 및 정모세포를 둘러싸는 즉각적인 미세 환경에 기인한다. 그들은 호르몬으로 생각되지 않는다 - 그들은 생식선 밖에서는 개시된 역할이 없다.
아미노산 서열의 선택은 서열 번호 1 내지 6에서 GDF9 및 BMP15 서열의 예로서 제공된다: 당업자는 GDF9 및 BMP15의 다른 공지된 이소형, 단편 및 변이체, 가 있고, 이들 이소형, 단편 및 변이체의 아미노산 서열은 Genbank 및 UniProtKB/Swiss-Prot과 같은 잘 알려진 서열 데이터베이스에 쉽게 존재할 수 있음을 이해할 것이다.
샘플에서 GDF9 및 BMP15의 수준 검출 및/또는 결정
본 발명자들은 생물학적 샘플, 특히 혈청 또는 혈장에서 GDF9 및 BMP15를 측정하기 위한 일련의 분석법을 최초로 개시하고 포괄적으로 검증하였다. 혈청 또는 혈장에서 이들 성장 인자를 검출하는 능력은 예상밖이었는데, GDF9 및 BMP15는 주로 내분비 기능이 알려져 있지 않은 난모세포 및 정모세포에 의해서만 분비되는 파라크린 성장 인자이기 때문이다. 난모세포-분비된 바이오마커의 측정에 대한 이러한 입증은 불임을 포함하여 생식 질환의 진단 및 치료에 바이오마커의 적용을 체계적으로 제공한다.
환자에서 생물학적 마커의 수준을 검출하기 위해 당업자에게 알려져 있는 임의의 적합한 방법이 GDF9 및 BMP15를 검출하기 위해 본원에 기재된 방법 및 분석에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 환자 샘플에서 생물학적 마커 ("바이오마커"로도 지칭됨)의 수준을 결정하기 위한 정량화도를 포함할 수 있다. 이러한 정량화는 적절한 대조군 샘플을 포함시키거나 기준 데이터와 비교함으로써 쉽게 제공된다.
본원에 기재된 방법에 따라 사용될 때 생물학적 마커에 결합하는 화합물은 시험관 내 또는 생체 내에서 결합 사건을 용이하게 검출할 수 있도록 검출 가능한 표지와 같은 시약에 연결될 수 있다. 적합한 표지는 표적 분자의 검출 및/또는 국소화를 위한 방사성 동위 원소, 염료 마커 또는 기타 이미징 시약을 포함한다. 검출 가능한 표지에 연결된 화합물은 예를 들어 방사선학, 형광 투시법, 핵 자기 공명 영상 (MRI), CAT-스캐닝, 양전자 방출 단층 촬영 (PET), 컴퓨터 단층 촬영 등과 같은 생체 내 이미징 기술과 함께 사용될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "표지" 및 "검출 가능한 표지"는 방사성 동위 원소, 형광 물질 (형광단), 화학발광제, 발색단, 효소, 효소 기질, 효소 보조 인자, 효소 억제제, 발색단, 염료, 금속 이온, 금속 졸, 리간드 (예를 들어, 비오틴, 아비딘, 스트렙타비딘 또는 합텐), 인터칼레이팅(intercalating) 염료 등의 분자를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 용어 "형광물질(fluorescer)" 또는 "형광단 (fluorophore)"은 검출 가능한 범위에서 형광을 나타낼 수 있는 물질 또는 이의 부분을 지칭한다.
일 구체예에서, GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 폴리펩티드의 수준은 환자 샘플에서 결정된다. 예를 들어, 상기 방법은 환자로부터 유래된 생물학적 샘플을 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 폴리펩티드에 결합할 수 있는 화합물과 접촉시키는 단계, 및 화합물과 폴리펩티드 사이의 복합체 형성을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 폴리펩티드를 검출하는 단계는 예를 들어, 폴리펩티드의 면역원성 단편 또는 에피토프를 포함하는 폴리펩티드의 단편을 검출하는 단계를 포함한다.
본원에 개시된 방법 및 분석에 유용한 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린에 결합하는 화합물은 임의의 화합물, 예를 들어, GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린에 대한 결합 친화성을 갖는 것으로 확인된 폴리펩티드, 리간드 또는 기타 분자일 수 있다. 화합물과 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 사이의 결합은 공유 또는 비공유 상호 작용 또는 공유 및 비공유 상호 작용의 조합에 의해 매개될 수 있다. 화합물과 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 상호 작용이 비공유적으로 결합된 복합체를 생성할 때, 발생하는 결합은 전형적으로 정전기적, 수소 결합, 또는 친수성/친유성 상호 작용의 결과이다. 일 구체예에서, GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린을 검출 또는 결합하는데 사용되는 화합물은 항체이다.
다양한 면역 분석법 형식을 사용하여 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린과 특이 적으로 면역 반응성인 항체를 선택할 수 있다. 예를 들어, 고체 ELISA 면역 분석법은 단백질 또는 탄수화물과 특이적으로 면역 반응성인 항체를 선택하기 위해 일상적으로 사용된다. 특이적 면역 반응성을 결정하는데 사용할 수 있는 면역 분석법 형식 및 조건에 대한 설명은 뉴욕 주 콜드 스프링 하버 간행물 실험실 메뉴얼 Harlow and Lane (1988) Antibodies를 참조할 수 있다.
당업자에게 쉽게 이해되는 바와 같이, 용어 "항체"에 의해 포괄되는 면역학적 결합 시약은 이량체, 삼량체 및 다량체 항체; 이중 특이성 항체; 키메라 항체; 인간 및 인간화 항체; 재조합, 조작, 카멜리드 (camelid) 및 카멜화 (camelized) 항체, 및 이의 단편을 포함하는 모든 종으로부터의 모든 형태의 항체, 및 이의 항원 결합 단편으로 확장된다. 따라서, 용어 "항체"는 예를 들어, 항체 단편 (예: Fab', Fab, F(ab')2, 단일 도메인 항체(single domain antibodies; DABs), Fv, scFv (단일 사슬 Fv), 선형 항체, 디아바디 (diabodies), 카멜화 항체 등과 같은 분자를 포함하는 항원 결합 영역을 갖는 임의의 항체-유사 분자를 지칭하는데 사용된다. 다양한 항체-기반 구조물 및 단편을 제조하고 사용하는 기술은 당업자에게 널리 알려져 있다.
일부 구체예에서, 상기 항체는 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린에 특이적으로 결합한다. 용어 "특이적으로 결합하는 (specifically binds)", "특이적으로 결합하는 (bind specifically)", "특이적 결합(specific binding)"은 특정 결합 시약 및 표적 분자 종과의 혼합에서 다른 분자 종에 결합하는 것보다 우선적으로 표적 분자 종에 결합하는 항체의 능력을 지칭한다.
본원에서 고려되는 단백질 검출 시스템은 대상체로부터 단리된 생물학적 샘플에서 단백질을 검출하기 위한 임의의 공지된 분석법, 예를 들어, SDS/PAGE, 등전위 초점법 (isoelectric focusing), SDS/PAGE 및 등전위 초점법을 포함하는 2-차원 겔 전기 영동법, 면역 분석법, 유세포 분석법 예를 들어, 형광-활성화 세포 분류 (fluorescence-activated cell sorting; FACS), 항체 또는 비-항체 화합물 예를 들어, 소분자 (예: 단백질의 화합물, 작용제, 길항제, 알로스테릭 조절제 (allosteric modulator), 경쟁적 억제제, 또는 비-경쟁적 억제제)와 같은 비-항체 화합물을 사용하는 검출 기반 시스템을 포함한다. 이들 구체예에 따르면, 항체 또는 소분자는 단백질을 검출할 수 있는 임의의 표준 고상 (solid phase) 또는 용액상 (solution phase) 분석법 형식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 질량 분석법, MALDI-TOF, 바이오센서 기술, 소멸성 광섬유 (evanescent fiber optics), 또는 형광 공명 에너지 전이를 이용한 광학적 또는 형광 검출은 본 발명에 명확하게 포함된다. 대량 샘플의 고처리량 스크리닝에 사용하기에 적합한 분석 시스템, 예를 들어, 고 처리량 분광학 공명 방법 (예를 들어, MALDI-TOF, 전기 분무 MS 또는 나노-전기 분무 MS)도 또한 포함된다. 또 다른 적합한 단백질 검출 기술은 LC-MS (LC/MRM-MS)에서의 다중 반응 모니터링 (Multiple Reaction Monitoring; MRM)의 사용을 포함한다.
예를 들어, 면역 블롯, 웨스턴 블롯, 도트 블롯 (dot blot), 효소 결합 면역흡착 분석법 (enzyme linked immunosorbent assay; ELISA), 방사선 면역 분석법 (radioimmunoassay; RIA), 효소 면역 분석법으로부터 선택된 면역 분석법 형식이 또한 적합하다. 형광 공명 에너지 전이 (fluorescence resonance energy transfer; FRET), 동위원소 코드 친화성 태그 (isotope-coded affinity tags; ICAT), 매트릭스-보조 레이저 이탈/이온화 비행시간 (matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight; MALDI-TOF), 전기분무 이온화 (electrospray ionization; ESI), 바이오센서 기술, 소멸성 광섬유 기술 또는 단백질 칩 기술을 이용한 변형 면역 분석법도 또한 유용하다.
다른 구체예에서, 핵산 검출 기술이 사용된다. 당 업계에 공지된 바와 같이 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린을 발현하는 폴리뉴클레오티드의 수준의 정성적 및/또는 정량적 평가를 가능하게 하는 임의의 적합한 기술이 사용될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "핵산 분자" 또는 "폴리뉴클레오티드"는 올리고뉴클레오티드, 폴리뉴클레오티드 또는 이의 임의의 단편을 지칭한다. 표준 대조군, 대조군 수준, 또는 기준 샘플 또는 기준 수준을 참조하여 비교할 수 있다. 예를 들어, 전사된 유전자의 수준은 노던 블롯팅, 및/또는 RT-PCR에 의해 결정될 수 있다. 정량적 (실시간) PCR의 출현으로, 유전자 발현의 정량적 분석은 관심 유전자에 대한 적절한 프라이머를 사용함으로써 달성할 수 있다. 상기 핵산은 유전자 어레이상에서 표지되고 혼성화될 수 있으며, 이 경우 유전자 농도는 어레이에서 생성된 방사성 또는 형광 신호의 강도에 직접 비례할 것이다.
당업계에 공지된 바와 같이, 상기 GDF9, BMP15 또는 큐뮬린과 같은 생물학적 마커의 수준은 사용된 검출 기술에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 상기 생물학적 마커의 수준은 예를 들어, 폴리뉴클레오티드의 발현, 전사 또는 번역 수준, 폴리펩티드의 발현 수준 및/또는 샘플에서 생물학적 마커의 농도일 수 있다. 비 제한적인 예로서, 상기 바이오마커의 수준은 비색 변화, 형광 신호의 파장 또는 강도를 결정하는 것과 같은 신호 강도의 변화를 통한 표지의 검출로서, 흡광도 또는 광학 밀도를 측정함으로써, 방사성 신호를 측정함으로써 결정되거나 추론될 수 있다. 일 구체예에서, 상기 바이오마커의 수준은 환자로부터 수득된 샘플에서 생물학적 마커의 농도로서 제시된다. 생물학적 마커의 농도는 예를 들어, ng/ml, μg/ml, mg/ml, pg/μl, pg/ml, nmol/L, 또는 μg/l와 같은 임의의 적합한 단위로 제시될 수 있다.
GDF9 및 BMP15 사이에 존재하는 것으로 알려진 기능적 상호 작용 및 많은 남성 및 여성 임상 샘플에서 본 발명자들이 발견한 GDF9 및 BMP15 ELISA의 수준 사이의 밀접한 관계에 기초하여, 상기 분석법은 GDF9:BMP15 이종이량체(즉, 큐뮬린) 또는 복합체의 척도를 반영할 수 있으며, ELISA (GDF9 및 BMP15) 둘 다에 의해 관찰된 임상적 변화가 유리 GDF9 또는 BMP15보다는 큐뮬린의 변화 수준의 척도임을 반영할 수 있다. 그러나, 당업자는 GDF9 또는 BMP15의 서브유닛의 동종이량체로서 또는 이종이량체 큐뮬린으로서의 검출이 본원에 기재된 방법 및 분석법에 유용하며, 난모세포 및 정자의 질의 지표 및 생식 잠재력 및/또는 임신 성공의 예측 인자로서 제공될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에 비추어, 당업자는 예를 들어, GDF9에 대한 포획 mAb 및 BMP15에 대한 추적자 mAb를 사용하는 본원에 개시된 큐뮬린 ELISA를 사용하여 GDF9 및 BMP15로부터 큐뮬린을 구별하는 분석법을 생성할 수 있을 것이다.
난모세포 및 정자의 질 및/또는 양의 예측
본 발명자들은 혈청에서 낮은 또는 검출 불가능한 수준의 GDF9, BMP15 및/또는 큐물린이 IVF 치료 중에 회수된 적은 수의 난모세포와 관련이 있는 것으로 결정하였다. 이것은 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준, 특히 혈청에서의 수준은 난소의 생식 보존의 마커이며, 일부 측면에서 항-뮬러관 호르몬 (Anti-Mullerian Hormone; AMH)에서 볼 수 있는 것과 비교할 수 있음을 최초로 입증한 것이다. 따라서, 일 구체예에서, 대상체 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정함으로써 환자의 난모세포의 질 또는 양을 예측할 수 있으며, 기준 샘플 또는 기준 수준보다 낮거나, 검출 불가능한 GDF9, BMP15 및/또는 큐물린의 수준은 낮은 난모세포의 질 및/또는 양을 나타낸다.
또한, 혈청 GDF9는 비-PCOS 환자에서 회수된 난모세포의 수와 강한 상관 관계가 있는 것으로 나타났으며, 이러한 관계는 PCO(S) 환자에서는 분명하지 않았으며, 이는 PCO(S) 병리에서 이들 난모세포 성장 인자의 관여가 변경되었음을 나타낸다. 또한, GDF9:AMH의 비율이 비-PCO(S)에 비해 PCO(S)에서 억제되기 때문에, 혈청 GDF9는 기존의 그리고 일반적으로 사용되는 혈청 AMH 시험에 추가적인 유용성을 제공한다. 본 발명자들은 또한 낮거나 무시할만한 수준의 GDF9, BMP15 및 큐물린은 자궁 내막증을 나타내는 것임을 최초로 입증하였다.
또한, 혈청 GDF9, BMP15 및 큐뮬린 수준은 이전에 남성에서 개시되지 않았다. 좋지 않은 정액 분석에 의해 남성에서 발견된 낮은 수준의 혈청 GDF9는 이러한 혈액 기반 진단을 남성-요인 불임 및 기타 남성 생식 질환의 진단 및 치료 관리에 상당한 적용을 할 수 있음을 나타낸다. 이 검사는 정자의 질 마커를 사용한 최초의 혈청 검사이며 생식 치료에 대한 추가적인 정보를 제공한다. GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 수준이 낮은 남성은 정액 분석을 고려하도록 권고받을 수 있다. 예를 들어, 남성이 정액 분석을 수행하지 않으려는 여성-요인 불임 부부에서 수행되었다. 또한, 이러한 조합 검사가 질이 좋지 않은 정액을 암시하는 남성의 경우, 환자는 추가 치료를 고려하도록 권고받을 수 있다. 예를 들어, 배란 유도에 의한 불임 치료를 받은 환자는 정자 준비 단계를 포함하는 자궁 내 수정 (IUI) 또는 IVF 또는 세포질 내 수정 (ICSI)으로 치료를 변경할 수 있다. 또한, IUI/IVF를 위해 취해진 정자에는 수정 효율을 높이기 위해 GDF9, BMP15 및/또는 큐물린과 같은 성장 인자가 보충될 필요가 있다.
따라서, 정자의 질을 예측 또는 결정하기 위한 방법 및 분석법이 제공된다. 본원에서 사용되고 당업자에게 이해되는 바와 같이, "정자의 질"은 정자의 양 예를 들어, 사정액 ml 당 정자의 수, 정자 형태 (즉, 모양) 및/또는 정자 운동성 (즉, 앞으로 수영하는 능력)을 지칭한다. 본원에 사용된 "정자의 비정상성"은 정상 형태 및/또는 운동성을 갖는 정자에 비해 정자 형태의 변경 및/또는 정자 운동성의 감소를 지칭한다.
생식 잠재력 및/또는 임신 성공의 예측
본원에 기재된 분석법 및 방법은 임신 성공을 예측하고 보조 생식술 (assisted reproductive technology; ART) 및 생식 치료에서의 치료를 지시하는데 유용하다. 본원에 사용된 보조 생식술 또는 ART는 인공적인 또는 부분적으로 인공적인 수단에 의해 임신을 달성하기 위해 사용되는 방법을 지칭하는 일반적인 용어이다. 이러한 방법은 체외 수정 (IVF), 세포질 내 정자 주입 (ICSI), 동결 보존, 자궁 내 수정 (IUI), 체외 성숙 (IVM), 및 동결 배아 이식 (FET)을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
본원에 개시된 분석법은 생식 치료에 추가적인 정보를 제공하기 위해 본질적으로 난모세포 또는 정자에 의해서만 생성된 마커를 사용한 최초의 혈청 검사이다. 환자 관리/치료의 하기 측면은 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 혈청 수준을 분석함으로써 잠재적으로 수정될 것이다:
i) 변경된 가족 계획/치료 조언: (예) 여성 또는 남성에서 마커 수준이 낮으면 가족 계획을 함에 있어서 환자의 긴급성, 또는 생식 치료, 생식 보존, 또는 사회적 난자/정자 동결을 위해 IVF를 사용하기로 하는 환자의 결정에 영향을 줄 수 있다;
ii) 환자 호르몬 자극 요법을 성선 자극 호르몬(gonadotropins)으로 변경, 예를 들어, 낮은 수준의 여성 환자는 더 높은 또는 지속 기간이 더 긴 성선 호르몬 또는 다른 자극 요법으로 자극될 수 있거나, 반대로 높은 수준의 마커를 가진 환자는 난소 과잉 자극 증후군과 같은 부작용을 피하기 위해 약한 성선 자극 호르몬 자극을 받을 수 있다;
iii) 환자에게 PCO/PCOS와 같은 기존 생식 조건이 있는 경우 마커 수준에 따른 환자 관리의 변경;
iv) 비정상적인 성장 인자 수준을 가진 남성에 대한 추가 진단 검사 (예: 전체 정액 분석; 남성-요인 불임에 대한 추가 혈액 검사)에 대한 의뢰;
v) 난모세포 수정을 위해 사용된 변경된 실험실 절차 (예: 비정상적인 성장 인자 수준을 가진 남성의 경우 IVF 대신 세포질 내 수정 (ICSI) 사용);
vi) 자궁 내막증을 불임의 원인으로 취급하거나 배제하기 위하여 자궁 내막증에 대한 추가적인 조사 (예: 초음파) 및 치료(예: 복강경 수술)를 수행할 가능성의 증가.
본원에 사용된 용어 "대상체" 및 "환자"는 치료를 위해 평가 및/또는 치료를 받는 포유 동물을 지칭한다. 일 구체예에서, 상기 포유 동물은 인간, 예컨대 여성 인간이다. 따라서, 용어 "대상체" 및 "환자"는 체외 수정과 같은 생식 치료를 받았거나 받을 수 있는 사람을 포함하는 생식 잠재력의 평가를 필요로 하는 개체를 포함한다.
본원에 사용된 용어 "진단 (diagnosis)", 및 "진단하다 (diagnose)", "진단된 (diagnosed)" 또는 "진단하는 (diagnosing)"과 같으나, 이에 제한되지 않는 이의 변형은 임상 상태의 임의의 1차 진단 또는 재발성 질환 또는 장애 예를 들어, 생식 질환 또는 장애의 진단을 포함한다.
본원에 사용된 "예후 (Prognosis)", "예측하는 (prognosing)" 및 이의 변형은 질환의 가능한 결과 또는 과정을 지칭한다.
본원에 사용된 어구 "치료적 결과의 예측 (prediction of therapeutic outcome)" 및 용어 "예측하는 (predicting)", "예측의 (predictive)" 및 이의 변형은 치료학적 치료에 대한 반응의 확률을 결정하는 것, 예를 들어, 체외 수정 치료로 인한 임신 성공 가능성을 결정하는 것을 지칭한다.
"생식 질환 (Reproductive disease)" 또는 "생식 장애 (reproductive disorder)"는 남성 및 여성 생식 기관의 기능에 영향을 미치는 질환, 장애 및 상태, 예를 들어, 남성 및 여성 모두에서 생식 능력 저하와 관련이 있고 생식 능력, 임신, 및 기타 생식 측면의 문제에 기여할 수 있는 질환, 장애 및 상태를 지칭한다. 생식 조건은 난소의 보존, 난소의 기능, 난모세포의 질, 난모세포의 양, 조기 난소 부전, 난소 부전, 정자의 질 및 정자의 형태를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 일 구체예에서, 상기 생식 질환 또는 장애는 불임 및 자궁내막증으로부터 선택된다.
본 발명의 진단, 예후 및 예측 방법은 환자 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린에 결합하는 화합물의 수준을 결정하기 위한 정량화도를 포함할 수 있다. 이러한 정량화는 적절한 기준 샘플을 포함시킴으로써 쉽게 제공된다.
분석법, 키트 및 장치
환자 또는 환자 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하기 위한 예측 또는 진단 장치, 키트 및 분석법과 같은 장치가 추가로 제공된다. IVF 치료와 같은 생식 치료에 대한 개체의 반응을 예측하는데 사용하기 위한 상기 기재된 생물학적 마커에 기초한 진단/예측 키트가 개발될 수 있다. 이러한 검사 키트는 대상체가 경우에 따라 헬스 케어 제공자의 도움을 받아 샘플 예를 들어, 혈액, 혈장, 혈청 또는 소변과 같은 샘플을 수득하는데 사용할 수 있는 장치 및 설명서를 포함할 수 있다.
따라서, 본원에 기술된 분석법, 키트 및 장치는 치료의 사용을 확인하거나 지시하기 위해 치료학적 치료, 예를 들어, 생식 치료에 대한 "동반 진단 (companion diagnostic)"으로서 사용되거나, 또는 치료법의 사용을 승인 또는 지시하기 위한 방법으로서 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 동반 진단은 일부 집단에게만 이익이 되는 고가의 치료를 정당화하는데 점점 더 유용해지고 있다. 동반 진단 검사는 체외 진단 장치 또는 키트, 또는 이미징 도구를 지칭하며, 이의 사용은 치료에 대한 환자의 증가된 반응 가능성을 나타낸다. 체외 동반 진단 검사는 질병 상태 또는 요법과 관련된 특정 바이오마커의 발현 또는 존재를 측정한다.
일 구체예에서, 상기 장치, 예를 들어, 진단 장치는 어레이를 포함한다. 본원에 사용된 용어 "어레이 (array)" 또는 "마이크로어레이 (microarray)"는 기판상에 폴리뉴클레오티드 프로브 (예: 올리고뉴클레오티드), 또는 결합 시약 (예: 항체)과 같은 혼성화 가능한 어레이 요소의 정렬된 배열을 지칭한다. 상기 기판은 유리 또는 실리카 슬라이드와 같은 고체 기판, 비드, 광섬유 바인더, 또는 니트로셀룰로스 막과 같은 반고체 기판일 수 있다. 상기 뉴클레오티드 서열은 DNA, RNA, 또는 이의 임의의 순열일 수 있다.
일부 구체예에서, 바이오마커 폴리뉴클레오티드의 특이적 증폭을 허용하는 프라이머 및 프라이머 쌍, 및 바이오마커 폴리뉴클레오티드에 선택적으로 또는 특이적으로 혼성화되는 프로브를 포함하는 조성물 및 키트가 제공된다. 프로브는 예를 들어, 방사성 동위 원소, 형광 화합물, 생물발광 화합물, 화학발광 화합물, 금속 킬레이터 또는 효소와 같은 검출 가능한 마커로 표지될 수 있다. 이러한 프로브 및 프라이머는 샘플에서 폴리뉴클레오티드의 존재를 검출하기 위해 그리고 폴리뉴클레오티드에 의해 코딩된 세포 발현 단백질을 검출하기 위한 수단으로서 사용될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 본원에 제공된 서열에 기초하여 매우 많은 상이한 프라이머 및 프로브가 제조될 수 있고 본원에 기재된 생물학적 마커의 존재 및/또는 수준을 증폭, 클로닝 및/또는 결정하는데 효과적으로 사용될 수 있다.
일부 구체예에서, 상기 장치 또는 키트는 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 폴리펩티드의 존재를 검출하기 위한 시약을 포함한다. 이러한 시약은 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 폴리펩티드에 특이적으로 결합하는 항체 또는 기타 결합 분자일 수 있다. 상기 항체 또는 결합 분자는 예를 들어, 방사성 동위원소, 형광 화합물, 생물 발광 화합물, 화학 발광 화합물, 금속 킬레이터, 효소, 또는 입자와 같은 검출 가능한 마커로 표지될 수 있다. ELISA와 같은 결합 분석법을 수행하기 위한 다른 시약이 상기 키트에 포함될 수 있다.
상기 키트는 바이알, 튜브 등과 같은 하나 이상의 용기를 밀접하게 수용하기 위해 구획화되는 담체를 더 포함할 수 있으며, 각각의 용기는 상기 방법에 사용될 별도의 요소 중 하나를 포함한다. 예를 들어, 상기 용기 중 하나는 검출 가능하게 표지되거나 표지될 수 있는 프로브를 포함할 수 있다. 이러한 프로브는 바이오마커에 특이적인 폴리뉴클레오티드 또는 항체일 수 있다. 키트가 표적 핵산을 검출하기 위해 핵산 혼성화를 이용하는 경우, 상기 키트는 또한 표적 핵산 서열의 증폭을 위한 뉴클레오티드(들)을 함유하는 용기 및/또는 효소, 형광, 또는 방사성 동위원소 표지와 같은 리포터 분자에 결합된 아비딘 또는 스트렙타비딘과 같은 비오틴-결합 단백질과 같은 리포터를 함유하는 용기를 가질 수 있다. 일 구체예에서, 상기 용기 중 하나는 본원에 개시된 바와 같이 검출 가능하게 표지되거나 표지될 수 있고, GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린에 결합하는 항체를 포함할 수 있다.
본 발명의 키트는 상기 설명된 용기 및 사용 설명서와 함께 완충액, 희석액, 필터, 바늘, 주사기, 및 패키지 삽입물을 포함하는 상업적 및 사용자 관점에서 바람직한 물질을 포함하는 하나 이상의 다른 용기를 포함할 수 있다. 조성물이 특정 목적으로 사용됨을 나타내기 위해 용기 상에 라벨이 존재할 수 있고, 또한 전술한 바와 같은 사용 지침을 나타낼 수 있다. 상기 키트는 조직 또는 세포 샘플, 예를 들어, 혈액, 혈장 또는 혈청을 제조하고, 상기 샘플로부터 핵산 및/또는 폴리펩티드를 제조하기 위한 일련의 설명서 및 물질을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 개시된 방법에 사용하기 위한 현장 진단 장치가 본원에 개시된다. 일부 구체예에서, 상기 개시된 방법은 관심 대상인 2 이상의 단백질을 정량화할 수 있는 측면 유동 장치(예를 들어, 측면 유동 테스트 스트립)와 같은 현장 진단 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 측면 유동 장치는 수많은 상이한 구성으로 이용 가능하지만, 일 예에서, 테스트 스트립은 샘플 적용 영역에서 이동 영역을 통한 포획 영역까지와 같은 업스트림 샘플 적용 영역으로부터 테스트 부위로의 유동 경로를 포함할 수 있다. 다양한 구체예에서, 상기 이동 영역은 관심 단백질과 상호 작용할 수 있는 이동 가능한 마커를 함유할 수 있고, 상기 포획 영역은 검출 및/또는 정량화를 위해 관심 단백질에 결합하는 시약을 함유할 수 있다. 다른 구체예에서, 예시적인 현장 진단 장치는 여과지와 같은 흡수성 매체를 포함할 수 있으며, 이는 매체 상에 생물학적 샘플을 배치하기 위한 표시를 포함할 수 있다.
샘플
"샘플" 또는 "생물학적 샘플"은 대상체 또는 환자로부터 수득된 다양한 샘플 유형을 포함한다. 상기 정의에는 혈액, 혈청 및 혈장과 같은 혈액 분획, 및 타액, 소변 또는 정액과 같은 생물학적 기원의 기타 액체 샘플, 생검 검체 또는 조직 배양과 같은 고형 조직 샘플이 포함된다. 상기 샘플은 공급원으로부터 직접 수득되거나 하기의 하나 이상의 (부분) 정제 단계 후에 수득되어 사용될 수 있다. 상기 샘플은 본 발명의 방법을 방해하지 않는 임의의 편리한 배지에서 제조될 수 있다. 전형적으로, 상기 샘플은 세포 또는 조직을 포함하고/하거나 세포 또는 조직을 포함하는 수용액 또는 생물학적 유체이다. 전처리는 예를 들어, 점성 유체 희석 등을 포함할 수 있다. 샘플의 처리는 여과, 증류, 분리, 농축, 방해 성분의 불활성화, 및 시약의 첨가를 포함할 수 있다. 검사 전 생물학적 샘플의 선택 및 전처리는 당 업계에 잘 알려져 있다. 바람직한 구체예에서, 상기 샘플은 혈액 또는 혈청 또는 혈장과 같은 이의 분획이다. 용어 "샘플"은 임상 샘플을 포함하고, 또한 외과적 절제에 의해 수득된 조직, IVF와 같은 생식 치료 중에 수득된 조직 또는 세포, 생검에 의해 수득된 조직, 배양된 세포, 세포 상청액, 세포 용해물, 조직 샘플, 혈액, 혈장, 혈청, 타액, 소변 등을 포함한다.
기준 샘플 또는 기준 집단
일부 구체예에서, 당업자는 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 검출된 수준과 기준 샘플 또는 기준 수준에서의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 수준과 비교할 것이다. 예를 들어, 상기 방법은 혈청 또는 혈장 샘플, 또는 세포 또는 여포액을 포함하는 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 측정하는 단계, GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 기준 샘플 또는 기준 수준과 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 사용된 기준 샘플은 검사 샘플과 비교하여 분석에서 유사한 반응 프로파일을 나타내는, 즉 기준 샘플이 평행하고 검사 샘플과 동일한 용량(does)-의존적 방식으로 행동하는 정제된 형태의 GDF9, BMP15 또는 큐뮬린이다. 두 번째 요건은 이러한 제제가 종종 -20C 내지 -80C의 보관에서 안정적이어야 한다는 것이다. 이러한 제제는 천연 생물학적 공급원으로부터 단리되거나 재조합 DNA 기술을 사용하여 생산될 수 있다. 이들 기준 제제는 천연 분자의 전체 길이 또는 단편일 수 있다.
다른 구체예에서, 상기 기준 샘플은 생식 장애 또는 질환을 갖지 않는 것으로 알려진 건강한 개체 또는 건강한 개체 집단으로부터 수득된 샘플로부터 수득되거나 기준 수준은 생식 장애 또는 질환을 갖지 않는 것으로 알려진 건강한 개체 또는 건강한 개체 집단으로부터 수득된 샘플로부터 결정된다.
다른 구체예에서, 상기 기준 샘플은 검사 샘플과 비교하여 분석에서 유사한 실험적 프로파일을 나타내며, 즉 기준 샘플은 평행하고 검사 샘플과 동일한 용량-의존적 방식으로 행동한다.
다른 구체예에서, 상기 기준 샘플 또는 기준 수준은 건강한 개체 또는 건강한 개체 집단으로부터의 혈청, 혈장, 또는 세포에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준으로부터 결정된다.
당업자에게 공지되는 바와 같이, 내부 기준 샘플이 수행된 각각의 분석에 포함되지 않은 경우, 상기 기준 수준은 설정된 데이터 세트일 수 있다.
설정된 데이터 세트는 예를 들어, 다음에서 선택될 수 있다:
1. 정상, 건강한 개체 또는 개체 집단에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준의 측정을 포함하는 데이터 세트;
2. 생식 질환 또는 장애로 치료된 개체 또는 개체 집단에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준의 측정을 포함하는 데이터 세트;
3. 생식 질환 또는 장애를 갖는 것으로 알려진 대상체로부터의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준의 측정을 포함하는 데이터 세트;
4. 예를 들어, 검사되는 대상체로부터의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준의 측정을 포함하는 데이터 세트로, 상기 측정은 예를 들어, 상기 대상체가 건강하다고 알려진 때, 또는 생식 질환 또는 장애를 갖는 대상체의 경우, 상기 대상체가 진단되었거나 질병 진행의 초기 단계인 때와 같이 미리 이루어진 것인 데이터 세트;
5. 건강한 개체 또는 건강한 개체의 집단에 대한 세포 또는 세포 집단에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린에 결합하는 화합물의 수준의 측정을 포함하는 데이터 세트; 및
6. 정상 개체 또는 정상 개체 집단에 대한 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 수준의 측정을 포함하는 데이터 세트.
본 맥락에서, 생식 질환 또는 장애를 갖는 것으로 알려진 대상체는 질환을 앓고 있는 환자의 스펙트럼을 나타내는 생식 질환 또는 장애로 진단된 대상체의 집단 또는 샘플을 지칭하도록 간주된다. 이는 그러한 분포에서 약간의 변동이 허용되기 때문에 집단에서 형태학적 또는 임상병리학적 파라미터의 엄격한 정규 분포를 요구하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 바람직하게는, 집단은 질병 진행의 상이한 단계에서 상태의 스펙트럼을 나타낸다.
다른 구체예에서, 당업자에게 알려지는 바와 같이, 충분히 큰 집단의 샘플로부터 수득된 데이터는 정규화될 것이며, 이는 샘플 또는 집단에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 평균 수준을 결정하기 위한 데이터 세트의 생성을 허용한다. 당업자는 본원에 제공된 교시에 기초하여 과도한 실험없이 본원에 기재된 바와 같은 임의의 진단, 예후 또는 예측 분석에서의 비교 기준을 쉽게 결정할 수 있다.
실시예
실시예 1. 임상 샘플 및 연구 집단
혈청 및 여포액(hFF)은 IVF 오스트레일리아 (IVFA), 시드니 어린이 병원 또는 왕립 여성 병원(RHW)에서 수집하여 다음과 같은 임상 그룹으로 분류하였다.
길항제 난소 자극 치료 주기: FSH (Gonal F 또는 Puregon)를 이용한 길항제 난소 자극 주기와 난모세포 회수를 겪는 IVFA 치료를 받는 남성 및/또는 여성 요인 불임이 있는 26-45 세 여성.
제외 기준: >45 세, 자궁내막증, PCO/PCOS, 이전/현재 난소 과자극 증후군 (ovarian hyperstimulation syndrome; OHSS), 재발성 유산, 성선 자극 호르몬에 대한 반응 불량, 반복된 이식 실패, 현재 임의의 약물 복용 중 (Gonal F 또는 Puregon 이외), 또는 기타 확인된 난소, 자궁 또는 내분비 장애 (예를 들어, 섬유종 또는 갑상선 기능 항진증).
상기 포함된 여성은 주로 남성 요인 불임 및 여성 나팔관(tubal) 장애로 인해 치료를 원하고 있었다. 8-13 일 동안 매일 FSH 치료 전후로 (주기의 2 또는 3 일에) 수집된 혈액 샘플 (약 6, 8, 10, 12 일에 수집된 혈액). 혈청을 수집하고 4 ℃에서 최대 2 주 동안 보관한 후 -80 ℃에서 동결시켰다.
다낭성 난소 질환 (Polycystic Ovarian Disease; PCO) / 다낭성 난소 질환 증후군 (Polycystic Ovarian Disease Syndrome; PCOS): FSH (Gonal F 또는 Puregon)를 이용한 길항제 난소 자극 주기와 난모세포 회수를 겪는 불임증에 대한 IVFA 치료를 받는 PCO을 가진 27-42 세 여성.
배제 기준: >42yo, PCO 아님, Gonal F 또는 Puregon을 사용한 길항제 자극 주기가 아님, 난모세포 회수 없음. 상기 길항제 연구에서와 같이 수집된 혈액 샘플.
자연주기 모니터링 집단: IVFA 치료를 받고 난소 과자극 없이 (즉, FSH 없이 및 난모세포 회수 없이) 주기에 걸쳐 생식선 자극 호르몬 수준이 모니터링되는 8명의 27-42 세 여성. 배제 기준: >42yo, 과다자극 주기에 있음. 혈청을 수집하고, 4 ℃에서 최대 2 주 동안 보관한 후 -80 ℃에서 동결시켰다.
여성 연령 집단: 혈청 난소 바이오마커 수준에 대한 연령의 영향을 평가하기 위해 3 내지 52 세의 212 명의 여성을 무작위로 선택하였다. 여기에는 암 또는 생식 능력과 관련이 없는 상태의 시드니 어린이 병원 또는 왕립 여성 병원에 다니는 40 명의 젊은 여성(소아 5 명, 21-30 세 18명, 및 31-40 세 17명)뿐만 아니라, 남성 및 여성 요인 불임으로 IVFA 치료를 받은 25-52 세 (37±4.8; 평균±SD)의 여성 172명의 혈청 샘플이 포함된다. 제외 기준 없음. 혈청을 수집하고, 4 ℃에서 최대 2 주 동안 보관한 후 -80 ℃에서 동결시켰다.
추가 분석을 위해, 이들 IVF 환자에서 무작위로 선택된 일부 집단으로부터 임상 데이터를 수집하고, 사례-대조 연구 1 데이터와 조합하였다.
남성 집단: 혈액 샘플을 수집하고 정액 분석을 수행한 IVFA 치료를 받은 22-56 세 남성 15명으로부터의 혈청이 포함되었다. 혈청을 수집하고, 4 ℃에서 최대 2 주 동안 보관한 후 -80 ℃에서 동결시켰다.
실시예 2. 인간 박리된 난모세포 (denuded oocyte)로부터 큐뮬러스 세포 (Cumulus cell; CC) 제조
CC는 수정 전에 난모세포를 박리한 후 세포질 내 정자 주입 (ICSI) 절차의 부산물로서 수득되었다. 박리된 난모세포의 제거 후 CC를 함유하는 배지를 수집시 동결시킨 다음, 해동시키고 원심 분리 후 CC를 회수하였다. 상기 CC를 500 ㎕ 부피의 1.5M NaCl, 1mM 페닐메틸설포나이드 플루오라이드 (phenylmethylsulfonide fluoride; PMSF)를 함유하는 50mM 포스페이트 완충액 pH7.5로 추출하고, 세포 파편을 원심 분리에 의해 제거하고, 상등액을 GDF9 및 BMP15 ELISA 절차에 요약된 바와 같이 분석하였다. 초기 실험은 0.154M 또는 1M NaCl을 함유한 완충액으로 추출하는 것이 효과적이지 않았으며 - 부분적으로 효과적이었으나 1.5M 및 2M은 최대 추출을 나타냈다. 1.5M NaCl이 추출 완충액으로 사용되었다. ELISA에서 최종 염 농도는 1M NaCl이었다.
실시예 3. GDF9, BMP15 및 큐뮬린 분석 검증을 위한 샘플
RHW의 11명의 무작위로 선별된 여성 헌혈자로부터의 혈액을 혈청-분리기 튜브 (serum-separator tubes; SST), 및 EDTA 및 헤파린-코팅된 튜브로 수집 하였다. 혈청 및 혈장을 즉시 처리하고, 분취하고 -80 ℃에서 보관하였다. 제외 기준은 적용되지 않았다. GDF9, BMP15 및 큐뮬린의 재조합 제제 및 혈청 및 hFF의 풀은 ELISA에서 기준 또는 QC 제제로서 제조되었다. 이 풀을 분취하여 -80 ℃에서 보관하였다. GDF9 ELISA에서 완충액 성분으로서 사용된 GDF9 및 BMP15 면역 활성이 결핍된 인간 남성 혈청은 혈색소증 환자로부터 수집된 과잉 혈액으로부터 수득되었다. 이 환자들은 그렇지 않았으면 건강했다. 혈액을 혈액 주머니에 수집하고 4 ℃에서 응고시켰다. 이어서, 혈청을 수집하고, 분취하고 -80 ℃에서 보관하였다. 검출할 수 없는 GDF9 수준을 갖는 남성 혈청 풀을 ELISA에 사용하였고, 동일한 집단을 본원에 제시된 모든 혈청 분석과 함께 사용하였다.
실시예 4. 재조합 GDF9/BMP15/큐뮬린의 생산 및 정제
PEI-MAX를 사용하여 HEK293T 세포에서 일시적 형질 감염에 의해 Pro-GDF9/BMP15 형태를 생성하였다. 간단히 말해서, 세포를 15 cm 플레이트에 플레이트 당 11 × 106 세포로 플레이팅한 후, PEI-MAX (Polysciences) 및 Opti-MEM 배지 (Life Technologies, 제조사의 프로토콜에 따라)를 사용하여 GDF9 또는 BMP15 DNA 구조물을 형질 감염시켰다. 형질 감염 4 시간 후에, 형질 감염 배지를 제거하고 새로운 OPTI-MEM 배지로 교체하였다. 다음날 (형질 감염 24 시간 후), 세포를 생산 배지 (L-글루타민, 0.02% BSA, 및 0.005% 헤파린을 함유하는 DMEM:F12 배지)에서 인큐베이트하고 추가 72 시간 (생산 배지에서 총 3 일) 동안 인큐베이트하였다. 이어서, Pro-GDF9/BMP15 형태를 IMAC 면역친화성에 의해 조절된 배지로부터 단리하였다. 조절된 배지(100 ml)를 5 kDa 분자량 컷-오프 (EMD Millipore, Billerica, MA)를 갖는 센트리콘(centricon) 장치를 사용하여 먼저 농축시키고 (2 회) 포스페이트 완충액 (10 mM PO4, 0.5 M NaCl, pH 8.0)에 재현탁시켰다. 농축 배지를 HisPurTM 코발트- 수지(Thermo Fisher Scientific, MA, USA)에 도포하고 4 ℃에서 밤새 인큐베이트하였다. 결합되지 않은 단백질을 수집하고, 수지는 포스페이트 완충액으로 4 회 세척 하였다. 결합된 리간드를 150 mM 이미다졸 포스페이트 완충액으로 용리시켰다. 이미다졸을 PD-10 컬럼 (GE Healthcare)에서 완충액 교환에 의해 제거하고, 0.1 % BSA와 함께 PBS (pH 7.4)를 제제에 적용하였다. pro-GDF9/BMP15 제제의 회수 및 수율은 웨스턴 블롯 분석법 및 ELISA에 의해 결정되었다. 성숙 (17k) hGDF9 및 hBMP15는 R&D Systems (Minneapolis, MN USA)에서 구입하였다.
본 연구에 사용된 GDF9 및 BMP15 제제 목록은 표 1에 제시되어 있다.
표 1. GDF9, BMP15 및 큐뮬린 ELISA에 사용된 제제
hGDF9 및 hBMP15 DNA 구조물 (비공유 BMP15_His-8 + GDF9_미태그(untagged))의 일시적인 동시-형질 감염에 의해 인간 큐뮬린을 제조하고, GDF9 및 BMP15에 대해 상기 기재된 바와 같이 코발트 수지상에서 정제하였다.
실시예 5. 혈청의 겔 여과 HPLC
일부 실험에서 혈청 샘플을 50 mM 포스페이트 완충액 pH 7.5, 0.154 M NaCl/0.1% Tween 20의 런닝(running) 완충액에서 연속적으로 2 개의 Superdex 200 겔 여과 칼럼 HiLoad 16/60에서 크로마토그래피하였다. 칼럼을 칼럼 마커 (Dexran Blue Void volume), 소 혈청 알부민 (67k) 및 미오글로빈 (17k)로 교정하였다.
실시예 6. GDF9 ELISA
사용된 GDF9 ELISA는 야생형 및 돌연변이 인간 GDF9를 생산하는 형질 감염된 세포주로부터 조절된 배지에서 재조합 GDF9를 정량화하는데 사용된 우리 그룹 및 협력자에 의해 이전에 공개된 절차(Simpson et al. 2014)의 적응이다 (도 1).
ELISA는 성숙한 인간 BMP15, 인간 액티빈 A 및 인간 TGF-β3와의 <0.1 % 교차 반응을 나타냈다 (도 1, 2). 전구체 및 성숙한 형태의 GDF9가 ELISA에서 검출되었다. ELISA는 표지로서 2 종의 단일클론 항체 (포획 mAb 72B, Oxford Brookes University (OBU), Oxford, UK)와 비오티닐화된(biotinylated) mAb 53-1 (OBU)로 구성되었다. mAb 53-1은 에피토프 영역이 GDF9 특이적 영역 EPDG에 국한된 인간 GDF9의 성숙한 영역의 N-말단 펩티드 (VPAKYSPLSVLTIEPDGSIAYKEYEDMIATKC (서열 번호 7))로 증가(raised)된다. mAb 53-1은 이전에 강력한 GDF9 생체 중화 활성을 나타내는 것으로 나타났다 (Gilchrist et al. 2004). 마우스 난모세포 배양 배지의 웨스턴 블롯 분석은 성숙 및 전구체 GDF9와 각각 일치하는 각각 17.5k 및 57k의 분자량 밴드를 나타냈다. mAb 72b는 GDF9의 N-말단 펩티드 (KKPLGPASFNLSEYFC (서열 번호 8)) 서열에 대한 것이다. 이 mAb에 대해 상기 문헌에는 더 이상의 정보가 없다. GDF9 (R&D Systems)의 성숙 형태 (17k)를 이 ELISA에서 기준 제제로 사용하였다.
96-웰 맥시-소프 (Maxi-sorp) 플레이트 (Perkin Elmer, Waltham, MA)를 실온에서 밤새 72B mAb (50mM Na2CO3 pH 9.6에서 500ng/웰)로 코팅하고, 세척하고 300 μl 50mM Tris/HCl pH7.8, 1% BSA로 차단하였다. 분석 전에 상기 플레이트를 세척 완충액 (12.5 mM Tris/HCl pH 7.5, 0.39M NaCl, 0.125% Tween 20)로 세척하였다.
몇 가지 분석법 설계가 사용되었다:
1. 정제된 GDF9 제제 또는 배양 배지의 GDF9 제제, 샘플 및 표준을 0.154 M NaCl, 0.5% BSA, 0.1% Tween 20을 함유하는 50 mMTris/HCl pH 7.5에 총 부피 200 μl 로 첨가하였다.
2. 혈청/hFF 및 GDF9 표준을 최종 부피 200 μl에서 총 웰 부피 100 μl 혈청으로 남성 혈청(GDF9 없음)에 연속 희석하였다. 2. 혈청 또는 인간 여포액의 경우, 혈청/hFF (225 μl) 및 완충액 (2 M NaCl, 1% BSA, 2%Tween 20, 10-50 μg/ml 마우스 IgG를 함유하는 200 mM Tris/HCl pH 8.0, 225 μl)을 mAb-코팅된 미세적정 플레이트(microtitre plate)에 첨가(200 μl 이중으로(in duplicate))하기 전에 실온에서 1 시간 동안 미리 혼합하고 미리 인큐베이트한 후, 4 ℃에서 밤새 인큐베이트하였다. 이어서, 상기 플레이트를 세척 완충액으로 6 회 세척하였다. 비오티닐화된 mAb 53-1 (0.154 M NaCl, 0.5% BSA, 0.1% Tween 20을 함유하는 50 mM Tris/HCl pH 7.5에 40-60 ng/100 μl)을 첨가하고 플레이트를 실온에서 2 시간 동안 배양하였다. 상기 플레이트를 5 회 세척한 후 스트렙타비딘-HRP (1:3000 SNN 2004 (Invitrogen), 45 분 실온)을 첨가하고, 6 회 세척한 후 테트라메틸벤지딘(tetramethylbenzidine) (Sigma-Aldrich, St Louis, MO)을 첨가하였다. 반응을 1 M H2SO4로 정지시켰고, 흡광도를 450 nm에서 판독하였다.
3. 큐뮬러스 세포 추출물. CC 추출물을 분석 전에 추출 완충액 (1.5 M NaCl, 1 mM PMSF을 함유하는 50 mM 포스페이트 완충액 pH 7.5)에 연속 희석하였다. ELISA는 초기 배양이 실온에서 밤새 이루어졌다는 것을 제외하고 상술한 ELISA 분석 조건을 사용하여 추출 완충액 및 완충액 (0.5M NaCl, 0.2% BSA를 함유하는 50 mM 포스페이트 완충액 pH 7.5, 100 μl)에 샘플 또는 표준(100 μl)으로 구성되었다.
실시예 7. BMP15 ELISA
BMP15 ELISA는 포획 및 표지(biot-mAb)로서 하나의 항체(mAb 28A, OBU)로 구성된다. 상기 28A mAb는 hBMP15의 성숙 영역의 N-말단 펩티드에 대한 것이다. 28A (SEVTASSSKHSGPENNQC (서열 번호 9)). mAb28A의 비오티닐화 절차는 GDF9에 대해 보고된 것과 유사하였다. 상기 항체는 인간 BMP15와 강하게 반응하며 인간 GDF9와 교차 반응하지 않는다 (도 2). 상기 항체는 BMP15의 면역블롯팅 및 난소 절편의 면역 세포 화학에 사용되었다.
혈청 및 hFF에 적용되는 BMP15 ELISA 방법은 GDF9 ELISA 절차에 대해 세밀하게 모델링되었다. 바람직한 분석 조건은 GDF9 ELISA에 대해 4 ℃에서 밤새 대신에 인큐베이션 조건(실온에서 밤새 초기 인큐베이션)의 관점에서 상이하지만, 그렇지 않으면 동일하였다. 일부 초기 연구에서, 동일한 IVF 혈청 기준 제제가 동일한 지정된 단위로 표준으로서 사용되었다. 후속 연구에서 정제된 재조합 hBMP15 제제가 표준으로 사용되었다. 분석 간 편차 및 분석 내 편차는 표 2에 제시되어 있고 혈청 샘플에 대해 허용 가능한 분석 간 편차 및 분석 내 편차를 나타냈다.
표 2. GDF9 및 BMP15 ELISA의 유효성 기준
* IVF 혈청 B1 표준의 단위는 임의적이며 aU/샘플 (100 μl IVF 혈청 B1 표준 = 100 aU)로 표시된다.
실시예 8. 큐뮬린 ELISA
이들 연구 이전에는 큐뮬린 ELISA는 개시되지 않았다. GDF9 및 BMP15 ELISA에 사용된 mAb를 교차 매칭하여 GDF9:BMP15 이종이량체 복합체, 즉, 큐뮬린을 검출하는 ELISA 형태를 형성하였다. GDF9 및 BMP15 ELISA에 사용된 것과 유사한 방법론을 사용하여, 큐뮬린 ELISA에서 GDF9 (72B)에 대한 항체를 포획 항체로 사용하였다. 사용된 검출 항체(28A)가 BMP15에 대한 것 제외하고는 상기 GDF9 ELISA에 대해 요약된 방법론을 따랐다. 일부 분석에서, GDF9 및 BMP15 ELISA에 사용된 혈청 표준이 또한 큐뮬린 ELISA에 사용되었다. 이 큐뮬린 ELISA는 GDF9 및 BMP15와의 최소 교차-반응을 보여준다 (도 2C).
표 3. 각 ELISA에 사용된 항체
실시예 9. 결과
BMP15 ELISA: 혈청/혈장 및 hFF에 적용
BMP15 ELISA에서 BMP15 제제의 용량 반응 곡선이 도 3에 제시되어 있다. 기준 제제로서 hmolwt BMP15와 혈청 용량 반응 곡선 사이에 평행성이 관찰되었다.
최종 분석 조건은 표준 및 혈청의 용량 반응 곡선들 사이에 최소 편차를 제공하면서 최대 분석 민감도를 유지하는 것으로 정의되었다. 따라서, 상기 분석은 a) 혈청 또는 남성 혈청 중의 BMP15 std 및 b) mAb-코팅된 미세적정 플레이트에 첨가하기 전에 1 시간 동안 미리 인큐베이트한 Tris 완충액 (2 M NaCl, 0.5% BSA, 0.1% Tween 20, 20-100ug/ml 마우스 IgG를 함유하는 200 mM Tris/HCl pH 8.0)의 1:1 혼합물로 이루어졌다. 이어서 실온에서 밤새 인큐베이트하고, biot-mAb 28A와 2 시간 인큐베이트하고 스트렙타비딘-HRP와 45 분 인큐베이트하였다.
-80 ℃에서 동결 및 보관한 후 혈청 및 혈장(EDTA 또는 헤파린을 항응고제로 사용)에서 BMP15 수준을 평가하기 위해 추가 실험이 수행되었다. EDTA 또는 혈청에서 혈액을 수집하는 것 간에 BMP15 수준의 차이가 검출되지 않았지만 (109±0.11%), 헤파린화 혈액과 혈청 사이에서 BMP15 수준의 감소(25±3%)가 관찰되었다.
GDF9 ELISA: 인간 혈청, hFF 및 CC 추출물에 적용
최종 표준화된 방법을 사용한 GDF9 ELISA에서의 GDF9 제제, 여성 혈청 및 여포액의 용량 반응 곡선이 도 2A에 제시되어 있다. 초기에 GDF9 기준 제제 (17k GDF9 (R&D) 및 전구체 GDF9 제제 ~60k)와 혈청/hFF 사이에서 비평행성이 관찰되었다. 그러나, 후속하여, GDF9 기준 제제 (17k GDF9 (R&D) 및 전구체 GDF9 제제 ~ 60k) 사이에 평행성이 관찰되었다. GDF9 ELISA에서 GDF9 제제의 용량 반응 곡선이 도 4에 제시되어 있다.
관찰된 비평행성에 대한 근거를 확인하거나 제거하기 위해 다수의 초기 연구가 수행되었다. 이들 연구는 인큐베이트 시간 (2-24h), 분석 온도 (실온 (RT) 대 4℃), Tris 완충액 농도 (50-100 mM Tris fc), pH (7.5 대 8.0), 및 다양한 계면활성제의 영향 (소듐 데옥시콜레이트 (sodium deoxycholate) (0.5%), B-D-옥틸 글루코시드 (B-D-Octyl glucoside) (0.1-1%), 소듐 도데실 술페이트 (sodium dodecyl sulphate) (0.1%), Tween 20 (0.1-2%), Triton-X-100 (0.1-2%), RIPA 완충액 (1% Triton-X-100, 0.1% SDS, 0.5%DOC)와 같은 초기 샘플 인큐베이트에 대한 분석 조건을 탐구하였다. 헤파린 술페이트 (-0.6mg/ml) 및 프로타민 술페이트 헥사메티딘(protamine sulphate hexamethidine)의 효과도 또한 조사하였다. 조사된 다른 인자는 이온 강도 (0.15M -2M NaCl, fc), 분석 전 분석 완충액 존재하에 혈청의 사전-인큐베이트 및 표준에 GDF9-고갈 인간 남성 혈청의 첨가 및 ELISA에서 혈청 기질 효과를 상쇄시키기 위한 혈청/hFF의 연속 희석의 영향이었다.
GDF9 표준 및 혈청 풀의 용량 반응 곡선에서 1M NaCl (fc)을 공동-첨가하거나 공동-첨가하지 않은 남성 혈청 첨가의 효과가 도 5에 제시되어 있다. 혈청/hFF 풀은 용량 반응 곡선의 평탄화가 GDF9 표준의 기울기에 근접하지만 일치하지 않는 것으로 나타났으나, GDF9 표준의 기울기는 변하지 않았다. ELISA에서 남성 혈청 및 1M NaCl의 첨가 효과는 복잡하였다. 두 인자 모두 성숙한 GDF9의 용량 반응 곡선의 모양에 거의 영향을 미치지 않았지만 (도 5A, 5B), 남성 혈청의 존재 하에서 hmolwt GDF9 면역 활성에 대한 억제 효과는 관찰되었다. 이 억제 효과는 혈청에서 발견된 농도의 ELISA에서 방해를 나타내지 않는 GDF9에 결합하는 것으로 알려진 프로테오글리칸(예: 헤파린 술페이트)의 존재에 기인하지 않았다. 염의 존재는 혈청 용량 반응 곡선의 평탄화를 담당한다. 이러한 염의 효과는 혈청에서 미지의 결합 단백질에 대한 GDF9의 결합을 방해하는 것에서 기인한다.
최종 분석 조건은 표준 및 혈청/hFF의 용량 반응 곡선들 사이에 최소 편차를 제공하면서 최대 분석 민감도를 유지하는 것으로 정의되었다. 따라서, 상기 분석은 a) 혈청 또는 남성 혈청 중의 GDF9 std 및 b) mAb-코팅된 미세적정 플레이트에 첨가하기 전에 1 시간 동안 미리 인큐베이트한 Tris 완충액 (2 M NaCl, 0.5% BSA, 0.1% Tween 20을 함유하는 200 mM Tris/HCl pH 8.0)의 1:1 혼합물로 이루어졌다. 이어서 실온에서 밤새 인큐베이트하고, biot-mAb 53과 2 시간 인큐베이트하고 스트렙타비딘-HRP와 45 분 인큐베이트하였다. 혈청/hFF 샘플에서 GDF9의 측정에서 높은 GDF9 면역 활성을 갖는 여성 혈청 풀을 기준 제제로 사용하였다. 이 혈청 풀에 100 aU/100ul 혈청/hFF의 임의의 단위 (aU)를 제공하였다.
이러한 조건을 사용하여 GDF9 ELISA의 분석 간 편차 및 분석 내 편차 및 일반적인 분석 신뢰성을 평가하기 위해 일련의 반복 실험을 수행하였다. 이들 데이터는 도 5 및 표 2에 제시되어 있다. 분석 간 편차는 여성 혈청 및 hFF QC 풀의 반복 측정의 CV로부터 평가되었고 평균값은 8.6 %였다. 분석 내 편차는 평균 값은 8.7 %로 각 샘플 내 희석에 대해 보정된 각 희석에서 측정의 CV로부터 평가되었다. 이러한 분석 기준 평가는 ELISA가 혈청 및 hFF 제제를 측정하는데 신뢰할 수 있음을 나타낸다.
혈청 및 혈장(EDTA 또는 헤파린을 항응고제로 사용)에서 GDF9 수준을 평가하기 위해 추가 실험이 수행되었다. 이들 상이한 혈액 수집 방법들 사이에서 GDF9 수준의 차이가 검출되지 않았고, 개별 여성 대상체들 사이의 GDF9 수준의 현저한 차이는 혈청 및 혈장에서 일치하였다 (표 4).
표 4. 13 명의 여성으로부터의 매칭된 혈청 및 혈장 (EDTA 및 헤파린)에서의 GDF9 수준
안정성 연구: GDF9 ELISA에 저장한 혈청의 안정성은 4 ℃ 및 RT에서 1 일 및 2 일 동안 보관하고 3 또는 6 회 샘플의 동결/해동 후 혈청 샘플을 측정함으로써 조사되었다. 이들 처리의 유의한 효과는 GDF9 수준에서 관찰되지 않았다. 하기에서의 혈청 풀에 대한 대조군, 3 × 동결/해동, 6 × 동결/해동, RT에서 1 일, RT에서 2 일 및 4 ℃에서 1 일 및 4 ℃에서 2 일 사이의 OD 값의 평균 편차 계수는 8.2 %(3.8-11.7 % 범위)였다; a) 성선 자극 호르몬 자극을 받는 여성, b) 무증상 젊은 여성, c) 인간 여포액, 및 d) 남성 혈청. 이는 이들 다양한 처리 사이의 편차가 ELISA에서의 샘플 저장 또는 전처리의 최소 효과를 나타내는 분석 내 편차와 비교될 수 있음을 나타낸다.
큐뮬린 ELISA:
큐뮬린 ELISA를 조사하여 포획 mAb는 GDF9로, 추적 mAb는 BMP15에 대한 것이다 (표 3; 도 2C). 각 GDF9 및 BMP15 ELISA에 사용된 최대 용량에서 GDF9 및 BMP15의 정제된 제제는 큐뮬린 ELISA에서 교차 반응을 나타내지 않아 (도 2C), 이 큐뮬린 ELISA를 GDF9 및 BMP15 ELISA로부터 고유한 것으로 구별되도록 하였다.
인간 혈청에서 큐뮬린의 증거
혈청에 적용시 GDF9 및 BMP15 ELISA에 의해 수득된 동일한 결과 (기울기 0.889+/-0.04, 상관 계수 0.99, p <0.000)는 두 ELISA가 그들의 각 리간드에 대해 특이적임에도 불구하고 두 ELISA가 혈청에서 관련 실체를 검출하고 있음을 강력하게 시사한다. 후보 분자(큐뮬린)는 GDF9 및 BMP15 사슬의 이종이량체인 것으로 가설을 세웠다. 그러나 큐뮬린의 증거는 지금까지 천연 생물학적 샘플에서 확인되지 않았다.
이 면역 활성 물질이 큐뮬린 또는 큐뮬린-유사체라는 가설을 추가로 검증하기 위해, 매우 높은 GDF9 면역 활성을 갖는 여성 혈청 샘플(# 6)을 겔 여과(GF-HPLC)에 의해 분획하고, 회수된 분획물을 GDF9, BMP15, 큐뮬린에 대해 ELISA로 측정하였다 (도 6). 튜브 50을 중심으로 한(centred) 하나의 주요 피크가 모든 ELISA에서 관찰되었다. 단백질 표준(예: BSA 및 미오글로빈)과 비교한 용리 패턴에 기초한 이 프로파일은 가공된 GDF9:BMP15 이종이량체 (즉, 큐뮬린)와 일치하는 더 작은 분자의 증거가 없는 70-90 k의 분자량에 해당한다.
이들 데이터는 GDF9 및 BMP15가 생체 내에서 큐뮬린 복합체를 자연적으로 형성한다는 가설을 뒷받침하며, 이는 단백질 둘 다를 특이적으로 검출하는 mAb를 사용하여 ELISA에 의해 검출될 수 있다.
따라서, 본 발명자들은 최초로 큐뮬린 ELISA의 개발에 대해 보고하고, 천연 큐뮬린을 최초로 입증하였다. 이것은 큐뮬린 또는 큐뮬린과 유사한 GDF9:BMP15 복합체가 인간 혈청 및 조직에서 GDF9 및 BMP15의 주된 형태일 수 있음을 시사한다.
임상 샘플에 GDF9, BMP15 및 큐뮬린 ELISA의 적용
GDF9, BMP15 및 큐뮬린 ELISA는 불임 치료를 받고 있는 환자로부터 수득된 혈청에 적용되었으며 내분비, 배아 및 임상 변수와 비교되었다. 혼동의 영향을 최소화하기 위해, 초기 연구에는 길항제 난소 자극 주기에서 IVF를 받고 있는 여성의 대조군 집단이 포함되었으며, 심각한 생식 비정상성을 가진 여성('ANTG')은 제외되었다. 이것은 길항제 자극 주기, AMH, 임신, 자궁내막증, 및 연령에 따라 다낭성 난소(증후군이 있거나 없는)를 가진 여성 그룹과 비교되었다. 남성 혈청은 정액 분석에 대해 분석되었다.
혈청 GDF9, BMP15 및 큐뮬린 수준은 IVF 중에 회수된 난자 수와 관련이 있다
PCO(S)가 없는 그룹(ANTG 그룹)의 혈청 GDF9 수준은 난소 자극 주기 후 수집에서 회수된 난모세포의 수가 증가함에 따라 GDF9가 증가되는 유의한 경향이 있음을 보여주었다 (도 4A, 7A). BMP15(도 4B)와 AMH(도 9C)에서도 경향이 분명했다. 예상대로 AMH는 난모세포 수와 유의한 관계를 보였다 (도 4C, 7C). 도 6에 도시된 바와 같이, 혈청 GDF9는 BMP15와 유의한 상관 관계가 있다(p = 0.003).
모든 환자 샘플에서 관찰된 상기 경향은 또한 PCO(S)가 없는 그룹에서도 관찰되었지만 (도 7, 10), PCO(S) 환자에서는 회수된 난모세포의 수와 혈청 GDF9 (도 9A, 10A), BMP15 (도 9B, 10B), 또는 AMH 수준 (도 9C) 사이에는 관계가 없었다.
혈청 GDF9, BMP15 및 큐뮬린은 서로 밀접한 상관 관계가 있다: 본 발명자는 혈청 GDF9가 BMP15 및 큐뮬린과 상관 계수가 >0.95이고 회귀선의 기울기가 1.08과 1.4 사이인 매우 높은 상관 관계가 있음을 발견했다. 이들 데이터는 모든 ELISA에서 동일한 혈청 표준으로 생성되었다. 회귀선의 절편도 또한 원점에 가깝다. 이들 데이터는 3 개의 ELISA가 모든 혈청 샘플에 대해 매우 유사한 면역 반응을 나타내고 있음을 보여준다. 두 번째 큐뮬린 ELISA는 또한 mAb의 상이한 조합(포획 mAb 28A, 추적 mAb 53-1)을 사용하여 개발되었으며 관찰된 관계를 뒷받침하는 다른 ELISA와 매우 유사한 결과를 얻었다.
수득된 혈청 GDF9 데이터는 난모세포 수 및 PCO(S) 진단에 대한 데이터가 이용 가능한 추가적인 20 명의 환자로부터의 데이터를 추가하여 확장되었다. 모든 환자(n = 43)에 대해 회수된 난모세포 수와 GDF9 수준의 비교는 회수된 난자의 수가 증가함에 따라 혈청 GDF9에서의 유의한 증가를 보여주었다 (p<0.05. 예상된 바와 같이, 이러한 상관 관계는 또한 AMH에 대해 매우 유의미하였다 (p<0.0001).
PCO(S) 진단과 관련하여 분석하였을 때, GDF9 및 난자 수 (p<0.05), AMH 및 난자 수 (p<0.001)에 대해 비-PCO(S) 환자에서 유의한 상관 관계가 관찰되었다. 그러나, PCO(S) 환자의 경우, 이 두 가지 연관성이 명백하지 않았다. 회수된 난모세포의 수와 관련하여 추가적으로 분류될 때 (<10 및 >10), 이 상관 관계는 또한 GDF9 및 AMH에 대한 비-PCO(S) 환자에 대해서만 입증되었다 (각각 p<0.01 및 p <0.05).
따라서, AMH와 유사하게, 혈청 GDF9, BMP15 및 큐뮬린 수준의 증가는 특히 PCO(S)가 없는 환자의 경우 IVF 난소 자극 주기에서 회수된 난모세포의 수 증가와 관련이 있다.
PCO(S) 진단을 위해 혈청 GDF9 및 BMP15 수준과 AMH의 조합 사용
AMH 수준과 GDF9 사이의 연관성에 기초하여, ROC 곡선 분석을 수행하여 GDF9 및 AMH 또는 BMP15 및 AMH의 조합된 사용이 PCO(S)에 대한 진단 검사로 사용될 수 있는지 평가하였다. ROC 곡선 분석(도 10)에서는 비율로서 GDF9와 AMH의 조합이 AMH 단독보다 증가된 민감도 및 특이성 특성을 초래하는 것으로 나타나지 않았다. 비율로서 BMP15와 AMH의 조합 사용은 기존 AMH 단독 사용 검사와 비교했을 때 PCO(S) 환자를 비-PCO(S) 환자와 구별하기 위해 높은 수준의 특이성(83 %)과 민감도(81 %)를 나타냈다 (도 12B).
혈청 GDF9 수준은 자궁내막증 환자에서 더 낮다
자궁내막증의 신뢰할 수 있는 혈청 바이오마커는 현재 없다. 또한, 자궁내막증은 복강경 수술 절차 없이 진단하기 어렵다. 따라서, 이 연구에서 대조군은 복강경 검사에 의한 증거보다는 자궁내막증의 임상 증상이 없는 것에 기반하였다. 혈청 GDF9 수준은 대조군과 비교하여 자궁내막증 환자에서 유의하게 낮았다 (도 13). 혈청 BMP15 수준은 두 그룹간에 차이가 없었다 (도 13C, 13D). 이 분석의 어려움은 많은 혈청 GDF9 값이 ELISA 검출 수준 또는 그 미만이므로 정의된 수준을 확립할 수 없다는 것이다. 따라서, 검출 가능한 값들 (즉, 검출 수준 이상, 도 13B, 13D)과 이들의 결정된 검출 가능한 값들에 대한 BMP15/GDF9 비율 값 사이의 비교가 이루어졌다 (도 13E). 검출 가능한 GDF9 그룹 (도 13B) 및 BMP15:GDF9 비율 데이터 세트 (도 13E) 둘 다에서, 자궁 내막증 환자에서 유의하게 더 낮은 수준 (p=0.01-0.02)이 관찰되었다. 이것은 GDF9 단독의 경우 64%, 86% (각각) 및 GDF9:BMP15 비율의 경우 67%, 70%의 민감도/특이성 값이 관찰된 ROC 곡선 분석에 반영되었다. 더 낮은 값(<20pg/ml)을 검출할 수 있는 보다 민감한 GDF9 ELISA의 개발은 이러한 임상 그룹의 평가를 증가시킬 수 있다. ANTG 그룹에 비해 자궁 내막증 환자에서 AMH 수준은 감소하지 않았다 (데이터는 나타내지 않음).
여기서 본 발명자들은 혈청 GDF9 및 BMP15 수준과 환자 연령(25-45y) 간에 명확한 연령-관련 변화를 발견하지 못했다 (도 15). 혈청 GDF9 또는 BMP15에서 <35 세 대 >35 세의 비교는 유의한 차이를 보이지 않았다. 그러나, 이러한 혈청 호르몬 수준이 이 연령 범위 밖에서 다를 가능성을 배제하지는 않는다.
혈청 BMP15 수준은 개별 환자의 월경 주기 내에서 안정적이며 난소 자극에 의해 영향받지 않는다
혈청 BMP15는 자극 전(2 일 또는 3 일)에 혈액 샘플을 갖고, 매일 FSH 주사 후 동일한 주기 내에서 배란 전에 다수의 (>2) 추적된 혈액을 갖는 길항제 FSH 난소 자극을 받는 IVF 환자에서 평가되었다 (도 16). 따라서, 분석에는 기준 혈액 (D2-3), 및 누적 FSH 용량이 증가함에 따른 대략 2 일마다의 혈액이 포함되었다 (4-7 일, 8-9 일, 10-11 일 및 12-14 일로 분류됨; 도 16A). 주기 내의 개별 여성에 대한 연속적인 혈액 샘플로서 나타내었지만 동일한 결과가 도 16b에 도시되었다. 혈청 BMP15 수준이 현저하게 다른 개별 여성임에도 불구하고 (도 16B; y-축 상의 로그-스케일 주목), 그리고 다른 용량의 FSH를 투여 받는 여성임에도 불구하고, 환자 내의 혈청 BMP15 수준은 기준 혈액 값과 후속하는 자극 후-혈액 사이에서 변하지 않았다. 따라서 혈청 BMP15 수준은 개별 환자의 월경 주기 내에서 안정적이며, 용량 또는 환자의 개별적인 자연 BMP15 수준에 관계없이 FSH 자극의 영향을 받지 않는다.
남성 혈청에서의 혈청 GDF9는 정액 질과 역의 상관 관계에 있다
15 명의 남성의 혈청 GDF9 수준을 정액 분석과 비교하여 평가하였다. 감소된 운동성과 비정상적 형태를 포함하는 비정상 정액 분석 환자는 정상 정액 분석을 받은 남성보다 혈청 GDF9 수준이 유의하게 낮은 것으로 나타났다 (p<0.05; 도 17).
인간 난소 큐뮬러스 세포 (CC) 추출물에 GDF9 및 BMP15 ELISA의 적용
GDF9 및 BMP15는 난모세포에 의해 분비되며 CC에 의해 포획된다. CC는 GDF9 및 BMP15를 발현하거나 분비하지 않는다. 따라서, CC의 표면에 부착된 GDF9 및 BMP15는 이들 중요한 성장 인자의 난모세포 생성을 반영할 것이며, 난모세포 질의 진단 마커로서 유용할 수 있다. 큐뮬러스 세포로부터 GDF9 및 BMP15의 추출은 1.5M NaCl을 함유하는 완충액을 사용하여 최적화되었다. 더 낮은 농도(0.15M)를 사용하면 GDF9가 추출되지 않았으며 (도 18, BMP15, 미도시), 1M NaCl은 중간 추출을 제공하였다. GDF9 및 BMP15 ELISA에서 CC 추출물의 연속 희석은 각각의 정제된 재조합 GDF9 및 BMP15 기준 제제와 평행하지 않은 용량 반응 곡선을 나타냈다 (도 19). 비-평행성이 존재하는 이유가 확실하지 않지만 재조합 제제와 비교하여 CC 추출물에서 천연 GDF9 및 BMP15의 다른 형태가 반영된 것으로 보인다. 이 관찰 결과를 설명하기 위한 기술적 설명은 확인되지 않았다. 따라서, 더 많은 연구가 수행된 BMP15 ELISA에서, CC에 사용된 것과 동일한 염 추출 절차를 이용하여 수득된 인간 난소 과립막 세포 (GC) 추출물을 정의된 임의의 단위와 함께 이 ELISA에서 기준 제제로 사용하였다. 이 GC 제제는 BMP15 ELISA에서의 CC 추출물과 평행한 반응을 나타냈다 (도 19B). 큰 추출물 풀을 제조하고 -80 ℃에서 사용된 하나의 분취량/ELISA의 분취량으로 보관하였다.
방법 검증의 일부로, BMP15 수준과 난모세포 수/접시 사이에 상관 계수 0.66인 선형 반응이 관찰되었다 (p=0.002, 도 20B). 그러나, CC의 수/난모세포는 주로 수집 절차에 기인하여 광범위하게 변한다 (r=0.58, 도 20A): 상이한 난소 여포로부터 큐뮬러스-난모세포 복합체 회수의 가변 효과, 및 난모세포 수집 절차에서 외과 의사를 달리함에 의한 수집 절차에서의 미묘한 변화에 의해 더욱 악화된다. 따라서, 난모세포 수 당보다는 CC 수로 BMP15 수준을 표현할 필요가 있다. BMP15 수준이 각각의 CC 수집에 대한 DNA 수준으로 보정될 때, 더 밀접한 관계가 관찰되었다 (도 20C; r=0.89, p<0.0001). 후속 분석을 위해, BMP15 CC 수준을 총 DNA 함량 및 총 난모세포 접시 함량 둘 다의 측면에서 표현하였다.
큐뮬러스 세포 BMP15 수준은 IVF 중에 회수된 난자의 수 및 질과 상관 관계가 있다
IVF를 받고 있는 20 명의 개별 여성들이 조사되었다. BMP15 수준은 주어진 날에 수집된 모든 난모세포로부터 환자의 CC 풀의 개체에서 측정되었다. 예상된 바와 같이, 더 많은 난모세포를 가진 환자는 더 많은 총 BMP15를 가졌으며 (도 20B), 더 많은 총 CC DNA를 가진 환자에게도 반영되었다 (도 20A). 그러나, BMP15/μg CC DNA와 증가하는 난모세포 수 사이에도 유의한 양(positive)의 상관 관계가 있었다 (도 21B; r=0.65, p=0.002). 이는 더 많은 난모세포가 수집된 좋은 예후 환자가 또한 CC 당 더 많은 BMP15를 가지며, 이는 난모세포 당 더 많은 BMP15가 생성됨을 반영한다. 또한, 환자의 총 CC BMP15 양 및 BMP15/CC는 성숙한 난모세포의 수 (MII 난모세포; 각각 도 23D 및 23B) 및 수정된 난모세포의 수 (각각 도 24D 및 24B)와 상관 관계가 있었다. 이들 데이터는 BMP15의 개별 난모세포 분비가 더 많은 난모세포를 갖는 환자 및 더 수정된 배아를 갖는 환자에서 더 높다는 것을 나타낸다.
BMP15의 난모세포 분비는 환자 연령에 따라 감소한다
BMP15/CC와 연령 사이의 유의한 (p=0.04) 역의 관계는 (도 22A) <35 세에 비해 >35 세의 여성의 CC에서 유의한 감소 (p=0.02)로 관찰되었다 (도 22B).
이러한 관찰 결과(난모세포 수, 난모세포 질 및 환자 연령과 BMP15/CC의 상관 관계)는 높은 여포 수의 여성 및 젊은 연령의 여성에서 관찰된 높은 임신 성공률과 평행하며, 이는 BMP15 CC 수준이 IVF 치료 성공의 진단일 수 있다는 주장을 뒷받침한다. 총 CC BMP15와 혈청 에스트라디올 수준에 대해 강한 경향이 있었지만 (p=0.06; 도 25B), 동일한 환자로부터의 혈청 프로게스테론과 총 CC BMP15 사이의 유의한 관계는 분명하지 않았다 (도 25A).
논의
본 발명자들은 인간 혈청/혈장 및 IVF/ICSI 중에 수집된 인간 세포로부터 GDF9, BMP15 및 큐뮬린을 측정하도록 특별히 설계된 일련의 ELISA를 최초로 개시하고 검증하였다. 혈청에서 이들 성장 인자를 검출하는 능력은 알려진 내분비 기능이 없는 난모세포 및 정모세포에 의해서만 주로 분비되는 국소적인 파라크린 성장 인자이기때문에 예상치 못한 것이다. 혈청/혈장에서 난모세포-분비된 바이오마커를 측정할 수 있는 능력의 최초 입증은 불임을 포함한 생식 질환의 진단 및 치료에 유용한 분석법의 적용을 가능하게 한다.
본 발명자들은 혈청 GDF9 및 BMP15가 난소 생식 보존의 마커이며, 일부 측면에서 현재의 난소 보존의 표준 임상 측정인 AMH에서 보이는 것과 비교할 수 있음을 최초로 입증하였다. 혈청 GDF9는 비-PCOS 환자에서 회수된 난모세포 수와 강한 상관 관계가 있다. 혈청 GDF9 수준은 단독으로 사용하거나 혈청 AMH 및 기타 생식 호르몬과 함께 사용하면 여성의 생식 잠재력을 진단하는데 유용할 수 있다. GDF9/BMP15/큐뮬린은 난모세포에서만 생성되는 반면, AMH는 난모세포에서는 생성되지 않기때문에 (오히려 난모세포의 인접한 체세포에 의해 생성됨), 혈청 GDF9/BMP15/큐뮬린을 측정하면 새로운 생리학적 통찰력을 제공할 것으로 예상할 수 있고, 그에 따라 AMH 측정의 진단 유용성을 보완한다. 따라서, 특정 임상 시나리오에서, AMH와 GDF9/BMP15/큐뮬린의 조합된 사용은 AMH 단독으로는 제공되지 않는 진단 정확도를 제공할 수 있다.
AMH가 비-PCO(S) 환자와 비교하여 PCO(S) 환자에서 비정상적으로 기능하고 PCO(S) 환자의 난모세포 수율을 예측하지 못하는 것처럼, GDF9 및 BMP15는 PCO(S) 환자에서 난모세포 수율을 예측하지 못했다. 혈청 BMP15 및 AMH 수준, 또는 BMP15와 다른 현재의 진단 측정 (혈청 테스토스테론, 동난포 수, 희발월경(oligomenorrhea))과 함께 사용하면 PCO(S)를 진단하고 기존 진단 기준에 의해 검출되지 않은 다른 PCO(S) 하위 유형을 구별하는데 유용할 수 있다.
현재 큰 임상적 필요에도 불구하고 자궁내막증의 혈청/혈장 기반 마커는 없다. 자궁내막증 환자에서 볼 수 있는 무시할 수 있는 수준의 혈청 GDF9는 GDF9가 이 일반적인 질환의 진단 및 치료 관리를 위한 중요한 응용과 함께 진단 분석에 사용될 수 있음을 나타낸다.
혈청 GDF9, BMP15 및 큐뮬린 수준은 이전에 남성에서 설명되지 않았다. 정액 분석이 불량한 남성의 낮은 수준의 혈청 GDF9는 이러한 혈액-기반 진단이 남성-요인 불임 및 기타 남성 생식 질환의 진단 및 치료 관리에 적용됨을 나타낸다.
개별 환자로부터의 큐뮬러스 세포에서 및 환자로부터의 개별 난모세포로부터 BMP15 및 GDF9의 수준을 조사하는 연구는 잠재적으로 IVF 결과의 유용한 진단이다. GDF9 및 BMP15는 이전에 IVF 환자로부터 폐기된 큐뮬러스 세포 및 과립막 세포 샘플로부터 (주로 웨스턴 블롯에 의해) 조잡하게 측정되었다. 웨스턴 블롯은 단백질 정량화의 정확하거나 신뢰할 수있는 측정치를 제공하지 않지만, 본 발명에서 개발된 ELISA는 IVF 동안 폐기된 인간 큐뮬러스 및 과립막 세포에서 BMP15 및 GDF9 수준을 신뢰성 있고 정확하게 정량하는 능력을 최초로 제공한다. CC DNA 당 발현 된 BMP15 수준은 더 높은 난모세포 수를 가진 환자, 더 성숙된 난모세포를 갖는 환자 및 더 결과적인 배아(성공적인 난모세포 수정)에서 더 어린 나이에 더 높은 수준을 나타낸다. 이 방법은 자궁내막증 및 다낭성 난소 질환과 같은 추가적인 생식 능력 문제가 있는 여성의 결과를 예측하는데 유용할 것으로 합리적으로 기대할 수 있다.
개별 난모세포에 의해 분비된 BMP15, GDF9 및/또는 큐뮬린의 측정은 상기 난 모세포의 건강 및 발달 가능성의 유용한 진단 지표가 될 것으로 예상될 수 있다. 배아 건강과 그에 따른 임신 성공 확률은 주로 난모세포의 건강에 의해 결정된다. 따라서, 난모세포 질의 진단은 배아 건강 및 임신 가능성을 진단하는데 유용할 것이며, 이에 의해 환자의 IVF 주기의 관리를 도울 것이다. 난모세포 및 배아 건강의 이러한 진단 측정에 대한 임상적 필요성이 크다. 여성이 IVF를 위해 난모세포 수집 절차를 갖는 경우, 다수의 난 모세포가 수집된다 (전형적으로 10-15 개의 난모세포, 범위: 0-30). 현재는 환자의 IVF 주기에서 수집된 난모세포의 풀로부터 질이 낮은 난모세포/배아를 구별할 수 있는 확실한 방법은 없다. 따라서 여성들은 일반적으로 질이 낮은 배아를 다시 자궁으로 이식하고 이는 성공적인 임신으로 이어지지 않는다. 이는 성공적인 임신이 될거라는 희망에 미지의 질의 배아의 여러 번 배아 이식이 필요하게 만든다. 개별 난모세포/배아 건강의 진단 측정으로서 개별 난모세포에 의해 분비된 BMP15, GDF9 및/또는 큐뮬린을 사용하는 능력은 IVF 절차의 효율을 개선하고, 임신 성공까지의 시간을 단축하며, 환자의 탈락률을 감소시키고, 환자와 헬스 케어 제공자의 비용을 감소시킬 것이다.
본 발명 이전에 큐뮬린 분석은 없었으며 큐뮬린은 이러한 생물학적 샘플 유형에서 이전에 측정되지 않았다. 복잡한 생물학적 유체에서 큐뮬린을 측정하기위한 검증된 ELISA의 현재 개발과 함께, 우리의 기존 ELISA의 간단한 적응은 큐뮬러스 세포, 과립막 세포, 여포액, 및 IVF 치료 주기에서 일상적으로 폐기되는 관련 생물학적 물질에서 큐뮬린의 측정을 가능하게 한다. 따라서, 상기 샘플에서 큐뮬린을 측정하는 것은 난모세포 건강의 귀중한 비침습적 진단 도구, 및 상이한 생식 병리 (예를 들어, PCO(S), 자궁내막증)와 관련하여 난모세포 건강의 진단 도구를 제공할 것이다.
본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 광범위하게 설명하여 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 특정 구체예에 나타난 바와 같이 본 발명에 대해 많은 변형 및/또는 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로, 본 구체예는 모든 면에서 예시적이고 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다.
본 명세서에서 논의 및/또는 참조된 모든 문헌들은 그 전체로서 본 명세서에 통합된다.
본 명세서에 포함된 자료, 행위, 물질, 장치, 물건 등에 대한 모든 논의는 단지 본 발명의 맥락을 제공하기 위한 목적일 뿐이다. 이들 대상 중 임의의 것 또는 전부가 종래 기술의 일부를 형성하거나 본 출원의 각 청구항의 우선일 이전에 존재하는 바와 같이 본 발명과 관련된 분야에서 통상의 일반적인 지식인 것으로 인정되지 않아야 한다.
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165 170 175
Met Ser Asn Ala Trp Lys Glu Met Asp Ile Thr Gln Leu Val Gln Gln
180 185 190
Arg Phe Trp Asn Asn Lys Gly His Arg Ile Leu Arg Leu Arg Phe Met
195 200 205
Cys Gln Gln Gln Lys Asp Ser Gly Gly Leu Glu Leu Trp His Gly Thr
210 215 220
Ser Ser Leu Asp Ile Ala Phe Leu Leu Leu Tyr Phe Asn Asp Thr His
225 230 235 240
Lys Ser Ile Arg Lys Ala Lys Phe Leu Pro Arg Gly Met Glu Glu Phe
245 250 255
Met Glu Arg Glu Ser Leu Leu Arg Arg Thr Arg
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<212> PRT
<213> Homo sapiens
<400> 5
Gly Gln Glu Thr Val Ser Ser Glu Leu Lys Lys Pro Leu Gly Pro Ala
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Ser Phe Asn Leu Ser Glu Tyr Phe Arg Gln Phe Leu Leu Pro Gln Asn
20 25 30
Glu Cys Glu Leu His Asp Phe Arg Leu Ser Phe Ser Gln Leu Lys Trp
35 40 45
Asp Asn Trp Ile Val Ala Pro His Arg Tyr Asn Pro Arg Tyr Cys Lys
50 55 60
Gly Asp Cys Pro Arg Ala Val Gly His Arg Tyr Gly Ser Pro Val His
65 70 75 80
Thr Met Val Gln Asn Ile Ile Tyr Glu Lys Leu Asp Ser Ser Val Pro
85 90 95
Arg Pro Ser Cys Val Pro Ala Lys Tyr Ser Pro Leu Ser Val Leu Thr
100 105 110
Ile Glu Pro Asp Gly Ser Ile Ala Tyr Lys Glu Tyr Glu Asp Met Ile
115 120 125
Ala Thr Lys Cys Thr Cys Arg
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20 25 30
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50 55 60
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85 90 95
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<220>
<223> Peptide
<400> 9
Ser Glu Val Thr Ala Ser Ser Ser Lys His Ser Gly Pro Glu Asn Asn
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Gln Cys
Claims (41)
- 대상체에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린(cumulin) 중 하나 이상의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 대상체의 생식 잠재력(fertility potential)을 예측하는 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준은 난모세포의 질 또는 난모세포의 양을 나타내는 것인 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준은 정자의 질을 나타내는 것인 방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 정자의 질은 정자의 운동성 또는 정자의 비정상성인 것인 방법.
- 대상체에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 중 하나 이상의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 대상체에서 임신 성공을 예측하는 방법.
- 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서, 기준 수준과 비교하여 상기 대상체에서 낮은 수준의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린은 낮은 생식 잠재력을 나타내는 것 및/또는 임신 성공 가능성이 낮은 것으로 예측되는 것인 방법.
- 대상체에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 중 하나 이상의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 대상체에서 생식 질환을 진단 또는 예측하는 방법.
- 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대상체는 생식 능력 치료를 받고 있는 것인 방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 생식 능력 치료는 배란 유도 (Ovulation Induction; OI), 자궁 내 수정 (Intra-Uterine Insemination; IUI), 체외 수정 (In Vitro Fertilisation; IVF) 치료, 세포질 내 정자 주입 (Intra-cytoplasmic Sperm Injection; ICSI), 체외 성숙 (In Vitro Maturation; IVM); 동결 배아 이식 (frozen embryo transfer; FET) 또는 기타 보조 생식술로부터 선택된 것인 방법.
- 청구항 7 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생식 질환은 조기 폐경, 다낭성 난소 (polycystic ovaries; PCO), 다낭성 난소 증후군 (polycystic ovarian syndrome; PCOS) 또는 자궁 내막증인 것인 방법.
- 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준은 대상체로부터 수득된 샘플에서 결정되는 것인 방법.
- 청구항 11에 있어서, 상기 샘플은 혈청, 혈장, 소변, 정액, 난포액, 체세포, 난모세포 또는 배아에 의해 조절된 배양 배지, 및/또는 IVF 또는 ICSI 치료 중에 수집된 생물학적 물질을 포함하는 것인 방법.
- 청구항 12에 있어서, 상기 난포액 및/또는 체세포는 치료 이전, 또는 IVF 또는 ICSI 치료 중에 수집된 것인 방법.
- 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대상체는 여성이고, 상기 방법은 대상체로부터의 샘플에서 항-뮬러관 호르몬 (anti-Mullerian hormone; AMH)의 수준을 결정하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
- 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 대상체에서의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 기준 샘플 또는 기준 집단에서의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준과 비교하는 단계를 포함하는 것인 방법.
- 청구항 15에 있어서, 상기 기준 샘플 또는 기준 집단에서의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준과 비교하여 상기 대상체에서의 더 높은 수준의 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린은 대상체로부터 더 높은 수의 난모세포가 회수될 수 있음을 나타내는 것인 방법.
- 청구항 16에 있어서, 상기 대상체는 OI, IUI, ICSI, IVF, IVM, FET, 또는 기타 보조 생식술을 받고 있는 PCO(S) 환자이고, 상기 방법은 BMP15의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 것인 방법.
- 청구항 17에 있어서, 기준 샘플 또는 기준 집단에서의 GDF9의 수준과 비교하여 남성 대상체에서 더 낮은 수준의 GDF9는 감소된 정자 운동성을 나타내는 것 및/또는 비정상적 정자 형태를 나타내는 것인 방법.
- 대상체에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린 중 하나 이상의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 대상체의 난모세포/배아의 생식 질을 결정하는 방법.
- 샘플을 항-GDF9 항체, 항-BMP15 항체 및/또는 항-큐뮬린 항체와 접촉시켜 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 대상체의 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하는 방법.
- 청구항 20에 있어서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하는 단계는 항-GDF9 항체, 항-BMP15 항체 및/또는 항-큐뮬린 항체와 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 복합체를 검출하는 단계를 포함하는 것인 방법.
- 청구항 20 또는 21에 있어서, 상기 항체는 검출 가능하게 표지된 것인 방법.
- 청구항 20 내지 22 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플은 혈청, 혈장, 소변, 정액, 난포액, 체세포, 난모세포 또는 배아에 의해 조절된 배양 배지, 및/또는 IVF 치료 중에 수집된 생물학적 물질인 것인 방법.
- 청구항 23에 있어서, 상기 난모세포 또는 배아에 의해 조절된 배양 배지, 난포액 및/또는 체세포는 IVF 치료 중에 수집된 것인 방법.
- 청구항 20 내지 24 중 어느 한 항에 있어서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준은 ELISA 분석법에 의해 결정되는 것인 방법.
- 청구항 20 내지 25 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 샘플을 항-GDF9 항체 및 항-BMP15 항체와 접촉시켜 상기 큐뮬린의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 것인 방법.
- 하기 단계를 포함하는 환자에 대해 배란 유도 (OI), 체외 수정 (IVF) 치료, 세포질 내 정자 주입 (ICSI) 치료, 자궁 내 수정 (IUI), 체외 성숙 (IVM); 동결 배아 이식 (FET) 또는 기타 보조 생식술을 수행하는 방법:
ⅰ) 환자에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하는 단계, 및
ⅱ) 상기 환자에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준에 기초하여 OI, IVF, ICSI, 또는 IUI의 치료 과정을 변형하는 단계. - 청구항 27에 있어서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준은 환자 샘플에서 결정되는 것인 방법.
- 청구항 28에 있어서, 상기 방법은 상기 환자로부터 샘플을 수득하는 단계를 포함하는 것인 방법.
- 청구항 28에 있어서, 상기 방법은 상기 환자로부터 수득된 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하는 단계를 포함하는 것인 방법.
- 청구항 28 내지 30 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플은 혈청, 혈장, 정액, 소변, 난포액, 체세포, 난모세포 또는 배아에 의해 조절된 배양 배지, 및/또는 IVF 치료 중에 수집된 생물학적 물질인 것인 방법.
- 청구항 31에 있어서, 상기 난포액 및/또는 체세포는 IVF 치료 중에 수집된 것인 방법.
- 청구항 26 내지 32 중 어느 한 항에 있어서, 상기 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준은 ELISA 분석법에 의해 결정되는 것인 방법.
- 혈청, 혈장, 난포액, 체세포, 및/또는 IVF 치료 중에 수집된 생물학적 물질로부터 선택된 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린을 검출하기 위한 하나 이상의 시약을 포함하는, 환자 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린의 수준을 결정하기 위한 키트, 분석법 또는 장치.
- (ⅰ) 혈청, 혈장, 난포액, 및 체세포로부터 선택된 생물학적 샘플에서 GDF9, BMP15 및/또는 큐뮬린을 검출하기 위한 하나 이상의 시약; 및
(ⅱ) 사용 설명서를 포함하는 생식능력을 평가하기 위한 키트, 분석법 또는 장치. - 청구항 34 또는 35에 있어서, 상기 하나 이상의 시약은 항-GDF9 항체, 항-BMP15 항체 및/또는 항-큐뮬린 항체를 포함하는 것인 키트, 분석법 또는 장치.
- 청구항 34 내지 36 중 어느 한 항에 있어서, 상기 생물학적 샘플은 혈청 또는 혈장인 것인 키트, 분석법 또는 장치.
- 청구항 34 내지 37 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분석법은 ELISA 분석법인 것인 키트, 분석법 또는 장치.
- 청구항 34 내지 38 중 어느 한 항에 있어서, 기준 샘플을 더 포함하는 것인 키트, 분석법 또는 장치.
- 청구항 36 내지 39 중 어느 한 항에 있어서, 상기 항체는 검출 가능하게 표지된 것인 키트, 분석법 또는 장치.
- 청구항 34 내지 40 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 현장 진단 장치인 것인 키트, 분석법 또는 장치.
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