KR20200131768A - 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널에 관한 것이다. 본 발명에 따른 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널은 총 35.61kb에 해당하는 유전자 부위에 대해 증폭 및 시퀀싱이 가능하고, 조직 시료뿐만 아니라 혈중 종양 세포(Circulating Tumor Cell, CTC) 또는 세포-유리 DNA(Cell-free DNA)와 같은 액체 생검 시료를 사용해서도 간암 특이적 유전자 변이를 높은 정확도 및 민감도로 분석할 수 있어, 이러한 분석 결과를 바탕으로 간암 특이적 조기진단 및 개인 맞춤형 치료에 유용하게 이용될 수 있다.
Description
본 발명은 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널에 관한 것이다.
간암이란 간에 생기는 원발성 암을 통칭한다. 간세포에서 기원하는 암을 간세포암종, 담관세포에서 기원하는 암을 담관세포암종이라 하며, 이 외에도 여러 종류의 암이 있으나, 간세포암종이 원발성 간암의 대부분(약 80%)을 차지하기 때문에 일반적으로 "간암"은 간세포암종을 의미한다.
간암은 현재 전 세계적으로 암에 의한 사망 원인 중 3위에 해당하며, 특히 서아시아와 아프리카에서의 발병률이 높고 서양 국가에서도 점점 증가하고 있는 추세이다. 우리나라의 경우 2017년 통계청이 발표한 사망원인통계에 따르면 암에 의한 사망 원인 중 간암이 2위에 해당하였다. 간암의 발병 원인은 B형간염 바이러스와 C형간염 바이러스 감염에 의한 원인이 가장 흔하게 알려져 있으나, 그 외 다양한 원인이 관련되어 있기 때문에 유전적 변이와 유전자 발현의 변화 양상이 매우 다양한 형태를 나타내는 특징이 있다.
현재 간암의 확진을 위해서는 조직 생검을 시행해야 하며, 간세포암 진료가이드라인에 따라 간세포암종과 관련된 종양 표지자 검사들 중 혈청 알파태아단백(alpha-fetoprotein, AFP)이 널리 사용되어 왔으나, AFP 수치의 상승은 간세포암 이외에 간염의 악화 또는 간세포의 활발한 재생시기 등 비특이적인 경우에도 나타나 민감도가 낮은 문제점이 있다. 대표적인 혈중 간암 표지자인 alpha-fetoprotein (AFP)의 경우 민감도가 낮은 문제점이 있다고 알려져 있다.
이에, 최근 다양한 유전자들과 조절 기작이 복합적으로 연관된 간암 진단에 있어서 전장 유전체 해독(Whole Genome Sequencing) 또는 엑솜시퀀싱(Whole-Exome Sequencing)을 통해 간암에서의 유전적 변이 및 구조적인 변이에 대한 연구 및 차세대 염기서열 분석(Next Generation Sequencing, NGS)을 통한 암 패널이 앞다투어 개발되고 있다. 그러나, 지금까지의 암유전자 검사는 간암 특이적 패널이 아니거나, 비교적 크기가 큰 암 패널로 비용적 부담이 과도하거나, 조직 시료만을 대상으로 검사가 가능하다는 한계가 있다.
이에, 조직 시료뿐만 아니라 액체 생검 시료에서도 적용이 가능하면서도, 정확도와 민감도가 높은 간암 조기진단 및 예후 예측 모델에 대한 요구가 점점 증가하는 실정이다.
이에, 본 발명자들은 간암 특이적 암 패널 개발을 위해 노력한 결과, 간암에서 고빈도로 발견되는 변이를 우선적으로 검사하여 환자가 보유하고 있는 암 유전체의 변이 프로파일을 통해 암 발생의 원인 유전 변이의 유무를 검색하고, 검출된 원인 유전자 변이의 검출 여부를 추적 관찰함으로써 간암에 대한 맞춤형 치료제를 제공하고, 그에 따른 효과 및 예후를 예측할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 간암 특이적 유전자 변이 검출용 조성물, 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널, 간암 진단에 대한 정보제공방법 및 간암특이적 유전자 변이에 따른 맞춤 항암제 정보제공방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 TP53, CTNNB1, ABL, APOB, RYR2, PCLO, LRP1B, ARID1A, XIRP2, AXIN1, ARID2, COL11A1, KMT2D, RB1, KMT2C, FAT4 및 PREX2로 이루어진 군으로부터 선택되는 2종 이상의 유전자의 뉴클레오티드 서열로부터 선택된 연속 뉴클레오티드 서열을 포함하는 폴리뉴클레오티드, 또는 그의 상보적 폴리뉴클레오티드를 포함하는 간암 특이적 유전자 변이 검출용 조성물을 제공한다.
이때, 상기 조성물은 KEAP1, SETD2, ARID1B, JAK1, RPS5KA3, NFE2L2, PIK3CA, APC, TCS2, ACVR2A, KIT, PTEN, SF3B1, ARHGAP35, ATM, PBRM1, TSC1, HNF1A, ATRX, CDH1, CREBBP, EGFR, KRAS, PDGFRA, ERBB2, FLT3, IDH2, JAK2, SMAD4, TBL1XR1, EYS, FBN2, BRD7, CDKN1A, NCOR1, ADH1B, SRCAP, HNRNPA2B1, CYP2E1, MAP2K3 및 G6PD로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 유전자의 뉴클레오티드 서열로부터 선택된 연속 뉴클레오티드, 또는 그의 상보적 뉴클레오티드를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 간암 특이적 유전자 변이 검출용 조성물에 있어서, 상기 폴리뉴클레오티드, 또는 그의 상보적 폴리뉴클레오티드는 일 예로 프라이머 또는 프로브일 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 간암 특이적 유전자 변이 검출용 조성물을 포함하는 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널을 제공한다. 이때, 상기 암 패널은 바람직하게 간암환자의 혈액, 타액, 뇨, 분변, 기관, 조직, 세포 및 생검물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 시료로부터 간암 특이적 유전자 변이를 검출하는 것이 좋은데, 더욱 바람직하게는 혈중 종양 세포(circulating tumor cell) 또는 세포-유리 DNA(cell-free DNA)로부터 간암 특이적 유전자 변이를 검출하는 것이 좋다.
본 발명의 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널에 있어서, 상기 암 패널은 바람직하게 앰플리콘 크기가 140~160bp인 것이 좋다.
또한, 본 발명의 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널에 있어서, 상기 암 패널은 바람직하게 하기 표 6에서 선택되는 1종 이상의 간암 특이적 핫스팟 변이 검출용인 것이 좋다.
한편, 본 발명은 본 발명의 암 패널에 시료를 처리하여 간암특이적 유전자 변이를 검출하는 단계;를 포함하는 간암 진단에 대한 정보제공방법을 제공한다.
한편, 본 발명은 본 발명의 암 패널에 시료를 처리하여 간암특이적 유전자 변이를 검출하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 검출된 간암특이적 유전자 변이 대응 치료제를 선별하는 단계;를 포함하는 간암특이적 유전자 변이에 따른 맞춤 항암제 정보제공방법을 제공한다.
본 발명에 따른 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널은 총 35.61kb에 해당하는 유전자 부위에 대해 증폭 및 시퀀싱이 가능하고, 조직 시료뿐만 아니라 혈중 종양 세포(Circulating Tumor Cell, CTC) 또는 세포-유리 DNA(Cell-free DNA)와 같은 액체 생검 시료를 사용해서도 간암 특이적 유전자 변이를 높은 정확도 및 민감도로 분석할 수 있어, 이러한 분석 결과를 바탕으로 간암 특이적 조기진단 및 개인 맞춤형 치료에 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 혈중 종양 세포(Circulating Tumor Cell, CTC) 모델 표준 물질 제작 및 변이 검출능 검증 실험 프로토콜을 나타낸 도이다.
도 2는 CTC 모델 표준 물질 대상으로 수행한 변이 검출능 검증 실험의 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널을 사용하여 외부 유전자검사 기관에서 수행한 변이 검출능 검증 실험 프로토콜을 나타낸 도이다.
도 4는 외부 유전자검사 기관에서 수행한 변이 검출능 검증 실험의 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 암 패널의 임상 검체 변이 검출 유전자를 나타낸 도이다(상부패널: TCGA 간암 검출 변이 빈도 상위 20개 유전자, 중부패널: 본 발명에 따른 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널 검출 유전자, 하부패널: 비교예 1의 범용 암 패널 검출 유전자).
도 6은 본 발명에 따른 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널에서 검출된 변이 분포를 나타낸 도이다.
도 7은 범용 암 패널과 본 발명에 따른 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널의 변이 검출률을 비교한 도이다.
도 2는 CTC 모델 표준 물질 대상으로 수행한 변이 검출능 검증 실험의 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널을 사용하여 외부 유전자검사 기관에서 수행한 변이 검출능 검증 실험 프로토콜을 나타낸 도이다.
도 4는 외부 유전자검사 기관에서 수행한 변이 검출능 검증 실험의 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 암 패널의 임상 검체 변이 검출 유전자를 나타낸 도이다(상부패널: TCGA 간암 검출 변이 빈도 상위 20개 유전자, 중부패널: 본 발명에 따른 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널 검출 유전자, 하부패널: 비교예 1의 범용 암 패널 검출 유전자).
도 6은 본 발명에 따른 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널에서 검출된 변이 분포를 나타낸 도이다.
도 7은 범용 암 패널과 본 발명에 따른 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널의 변이 검출률을 비교한 도이다.
본 발명은 TP53, CTNNB1, ABL, APOB, RYR2, PCLO, LRP1B, ARID1A, XIRP2, AXIN1, ARID2, COL11A1, KMT2D, RB1, KMT2C, FAT4 및 PREX2로 이루어진 군으로부터 선택되는 2종 이상의 유전자의 뉴클레오티드 서열로부터 선택된 연속 뉴클레오티드 서열을 포함하는 폴리뉴클레오티드, 또는 그의 상보적 폴리뉴클레오티드를 포함하는 간암 특이적 유전자 변이 검출용 조성물을 제공한다.
이때, 상기 조성물은 KEAP1, SETD2, ARID1B, JAK1, RPS5KA3, NFE2L2, PIK3CA, APC, TCS2, ACVR2A, KIT, PTEN, SF3B1, ARHGAP35, ATM, PBRM1, TSC1, HNF1A, ATRX, CDH1, CREBBP, EGFR, KRAS, PDGFRA, ERBB2, FLT3, IDH2, JAK2, SMAD4, TBL1XR1, EYS, FBN2, BRD7, CDKN1A, NCOR1, ADH1B, SRCAP, HNRNPA2B1, CYP2E1, MAP2K3 및 G6PD로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 유전자의 뉴클레오티드 서열로부터 선택된 연속 뉴클레오티드, 또는 그의 상보적 뉴클레오티드를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "폴리뉴클레오티드"는 임의의 길이를 지닌 뉴클레오티드 폴리머를 의미하는 것으로, 본 명세서에서 폴리뉴클레오티드는 핵산 또는 올리고뉴클레오티드와 상호교환적으로 사용할 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "유전자"는 유전정보를 결정하는 구조단위를 의미하는 것으로, 단백질의 아미노산 서열 또는 기능 RNA(tRNA, rRNA 등)의 염기 배열을 결정하는 정보를 가지는 구조 유전자, 및/또는 구조유전자의 발현을 제어하는 조절유전자(예를 들면, 프로모터, 억제자(repressor), 작동유전자(operator) 등)를 포함한다. 본 명세서에서 용어 "유전자"는 유전자의 산물을 생성하기 위해 전사되는 뉴클레오티드 서열을 포함하는 단일가닥 쪽을 의미하는 것으로 이해된다. 예를 들면 "유전자의 뉴클레오티드 서열"은 유전자의 산물을 생성하기 위해 전사되는 뉴클레오티드 서열을 포함하는 단일가닥에 포함된 기능을 코딩하는 뉴클레오티드 서열 및/또는 구조유전자의 발현을 제어하는 뉴클레오티드 서열을 의미할 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "연속 뉴클레오티드 서열(contiguous nucleotide sequence)"은 인접한 2개 이상의 뉴클레오티드 서열을 의미한다.
본 명세서에서, 용어 "상보적(complementary)"은 어떤 특정한 혼성화(hybridization) 또는 어닐링 조건 하에서 상술한 뉴클레오티드 서열에 선택적으로 혼성화할 수 있을 정도의 상보성을 갖는 것을 의미한다. 상기 용어 "상보적"은 실질적 상보적(substantially complementary) 및 완전 상보적(perfectly complementary)인 것을 모두 포괄할 수 있으며, 구체적으로는 완전히 상보적인 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에서, 용어 "변이"는 본 발명에 따른 간암 특이적 유전자의 카피수의 변이 또는 뉴클레오티드 서열의 변이를 포함할 수 있다. 상기 유전자의 카피수의 변이는 예를 들면 복제수변이(CNV)일 수 있다. 상기 뉴클레오티드 서열의 변이는 표준 유전체 DNA에 대하여 하나 이상의 뉴클레오티드 서열의 치환, 삽입, 결실, 또는 전좌를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 뉴클레오티드 서열의 치환은 예를 들면 단일 뉴클레오티드 변이(SNV)일 수 있다. 또한 상기 암 세포의 유전체 DNA의 변이는 더욱 구체적으로 단일 뉴클레오티드 변이, 삽입-결실 변이, 복제수 변이 및 전좌로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 또한 상기 유전체 변이는 가장 구체적으로 단일 뉴클레오티드 변이, 삽입-결실변이, 복제수변이 및 전좌일 수 있다.
본 발명의 간암 특이적 유전자 변이 검출용 조성물에 있어서, 상기 폴리뉴클레오티드, 또는 그의 상보적 폴리뉴클레오티드는, 일 예로 프라이머 또는 프로브일 수 있다.
본 발명에 따른 폴리뉴클레오티드는 표적 유전자의 서열과 특이적으로 결합할 수 있다. 이러한 폴리뉴클레오티드의 특이적 결합 특성을 이용하여, 혼합 시료로부터 표적 유전자 또는 그의 단편을 효과적으로 혼합물로부터 분리할 수 있다. 따라서 상기 폴리뉴클레오티드를 프라이머 또는 프로브로 명명할 수 있다. 본 발명에서 용어 "프라이머"는 짧은 자유 3 말단 수산화기(free 3' hydroxyl group)를 가지는 핵산 서열로 상보적인 핵산의 주형(template)과 염기쌍(base pair)을 형성할 수 있고 핵산 주형의 가닥 복사를 위한 시작 지점으로 기능하는 짧은 핵산 서열을 의미한다. 용어 "프로브"는 특정 물질, 부위, 상태 등을 특이적으로 검출하는 물질을 의미한다. 본 발명의 구현예에서는 핫스팟 변이 검출을 위해 약 400개의 프라이머를 포함하는 암패널을 이용하였다.
본 발명에 있어서, 상기 조성물은 암세포의 생존능을 감소시키는데 효과적인 항암제를 탐색하는데 사용하기 위한 것일 수 있다. 상기 암세포의 생존능의 감소는 암세포의 제거, 암세포의 전이 또는 성장의 억제 또는 지연 등을 포함하는 것으로 이해된다. 또한 상기 조성물은 암세포를 가진 환자에서 암을 치료하는데 효과적인 항암제를 탐색하는데 사용하기 위한 것일 수 있다. 상기 효과적인 항암제는 상기 조성물을 이용하지 않고 선택되는 항암제와 비교하였을 때 생존능 감소 또는 암 치료 효과가 우수한 항암제를 의미할 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 키트의 형태일 수 있다. 상기 키트는 상기 폴리뉴클레오티드가 유전체 핵산과 혼성화하는데 요구되는 알려진 물질, 예를 들면 상기 핵산의 혼성화에 필요한 시약, 버퍼, 보조인자 및/또는 기질을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 키트가 PCR 증폭 과정에 적용되는 경우 선택적으로, PCR 증폭에 필요한 시약, 예컨대, 완충액, DNA 중합효소, DNA 중합효소보조인자 및 dNTPs를 포함할 수 있으며, 상기 키트가 면역 분석에 적용되는 경우, 본 발명의 키트는 선택적으로, 이차항체 및 표지의 기질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 키트는 표적핵산을 증폭하기 위하여 사용하기 위한 설명서를 더 포함할 수 있으며, 상기한 시약 성분을 포함하는 다수의 별도 패키징 또는 컴파트먼트로 제작될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 간암 특이적 유전자 변이 검출용 조성물을 포함하는 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널을 제공한다. 이때, 상기 암 패널은, 바람직하게 앰플리콘 크기가 140 내지 160bp인 것이 좋고, 바람직하게 표 6에서 선택되는 1종 이상의 간암 특이적 핫스팟 변이 검출용인 것이 좋다.
현재 대부분의 상용화된 고형암 범용 암 패널의 경우 타암종에서 높은 변이로 검출되는 유전자 위주로 구성되어 있어, 간암 검체로 시퀀싱을 진행하여도 간암 관련 변이 검출률이 낮은 한계가 있어왔다. 본 발명에서는 이를 극복하기 위하여, 간암 검체에서 고빈도로 검출되는 58개의 유전자 변이를 타겟으로 선정하였고, 이를 기반으로 선정된 간암 특이적인 핫스팟 변이 부위만을 선정하여 만들어진 본 발명의 암 패널은 구조적인 측면에서 시판중인 범용 암 패널에 비하여 패널 사이즈를 1/3이하로 줄일 수 있었다. 이에 따라, 본 발명의 간암 특이적 암 패널은 한 번에 시퀀싱할 수 있는 검체의 개수를 늘려 검사비용 및 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 암 패널은 암 환자로부터 비침습적으로 수득한 생물학적 시료로부터 분리된 유전체 DNA 또는 그의 단편에 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 시료는 혈액, 타액, 뇨, 분변, 조직, 세포 및 생검물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 시료는 보관된 생물학적 시료 또는 그로부터 분리된 유전체 DNA를 포함하는 것일 수 있다. 상기 보관은 알려진 방법에 의하여 보관된 것일 수 있다. 상기 유전체 DNA는 냉동 보관 또는 포르말린 고정된 파라핀 임베디드된 조직을 상온에서 보관한 조직으로부터 유래된 DNA 또는 RNA일 수 있다. 생물학적 시료로부터 유전체 DNA를 분리하는 방법은 잘 알려져 있다. 상기 암 세포는 암 환자로부터 분리된 것일 수 있다. 따라서 상기 시료는 암 환자의 세포, 조직, 기관, 체액으로부터 분리한 것일 수 있으며, 이 경우, 상기 시료는 통상적인 방법, 예를 들면 관련 의학 기법에서 당업자에 의해 잘 공지된 방법을 이용하는 생검에 의해 수득될 수 있다.
본 발명에 있어서, 뉴클레오티드 서열의 확인은 예를 들면 시퀀싱(sequencing) 방법을 통해 확인할 수 있으며, 구체적으로는 차세대 염기서열 분석(Next Generation Sequencing, NGS)에 의해 확인할 수 있다. 차세대 염기서열 분석은 칩(Chip) 기반 그리고 PCR기반 페어드엔드(paired end) 형식으로 전장유전체를 조각내고, 상기 조각을 화학적인 반응(hybridization)에 기초하여 초고속으로 시퀀싱을 수행하는 기술을 의미한다. 차세대 염기서열 분석에 의해 짧은 시간 내에 분석대상이 되는 시료에 대해 대량의 염기서열 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에서 제작한 암 패널은 조직 시료뿐만 아니라 혈중 종양 세포 (Circulating tumor cell, CTC)와 cell-free DNA와 같은 액체 생검 시료에도 적용 가능하여 효율적으로 간암 환자에 관한 조기진단 및 치료 모니터링에 유용하게 이용될 수 있음을 확인하였다.
한편, 본 발명은 본 발명의 암 패널에 시료를 처리하여 간암특이적 유전자 변이를 검출하는 단계;를 포함하는 간암 진단에 대한 정보제공방법을 제공한다. 본 발명의 간암 진단에 대한 정보제공방법은, 간암특이적 핫스팟 변이를 높은 빈도로 확인 가능하고, 이에 따라 정확한 간암진단이 가능한 특징이 있다.
한편, 본 발명은 본 발명의 암 패널에 시료를 처리하여 간암특이적 유전자 변이를 검출하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 검출된 간암특이적 유전자 변이 대응 치료제를 선별하는 단계;를 포함하는 간암특이적 유전자 변이에 따른 맞춤 항암제 정보제공방법을 제공한다. 본 발명의 간암특이적 유전자 변이에 따른 맞춤 항암제 정보제공방법은, 데이터베이스에 기록된 변이 대응 유전자와 대응 항암제 선택이 가능하고, 이에 따라 환자 맞춤형 간암치료제의 제공이 가능한 특징이 있다.
예컨대 본 발명의 암패널을 통해 핫스팟 변이가 검출되면, 핫스팟 변이에 관한 맞춤 치료제 정보를 포함하고 있는 데이터 베이스인 CIViC 데이터 베이스에서 해당 변이에 대한 맞춤형 항암제를 선별하여 간암 특이적 유전자 변이에 따른 맞춤 항암제에 관한 정보를 제공하고, 환자에게 맞춤형 항암 치료를 수행할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 간암 특이적 유전자 변이의 선정
1-1. 간암 특이적 유전자 마커의 선정
간암 특이적 유전자 마커 후보 선정을 위해, 기존의 데이터베이스에서 밝혀진 간암 특이적인 마커를 스크리닝 하고, 마커 후보군 중에서 변이빈도를 기준으로 3개의 공개 데이터베이스에서 변이 빈도 1% 이상을 나타내는 58개 유전자를 선정하였다. 본 발명의 후보 유전자군 스크리닝을 위해 사용한 데이터베이스는 TCGA (https://tcga-data.nci.nih.gov), COSMIC (https://cancer.sanger.ac.uk/cosmic) 및 Intogen (https://www.intogen.org/)이며, TP53, CTNNB1, ABL, APOB, RYR2, PCLO, LRP1B, ARID1A, XIRP2, AXIN1, ARID2, COL11A1, KMT2D, RB1, KMT2C, FAT4, PREX2, KEAP1, SETD2, ARID1B, JAK1, RPS5KA3, NFE2L2, PIK3CA, APC, TCS2, ACVR2A, KIT, PTEN, SF3B1, ARHGAP35, ATM, PBRM1, TSC1, HNF1A, ATRX, CDH1, CREBBP, EGFR, KRAS, PDGFRA, ERBB2, FLT3, IDH2, JAK2, SMAD4, TBL1XR1, EYS, FBN2, BRD7, CDKN1A, NCOR1, ADH1B, SRCAP, HNRNPA2B1, CYP2E1, MAP2K3, G6PD를 포함하는 총 58개의 유전자를 선정하였다.
1-2. 간암 특이적 핫스팟 돌연변이의 확인
상기 실시예 1-1에서 선정한 총 58개 유전자에 대하여, COSMIC 데이터 베이스를 이용하여 간암 샘플에서 확인된 핫스팟 돌연변이를 탐색하였다. 탐색 결과, 총 58개 유전자에 대해 544개의 핫스팟 변이를 확인하였다. 이를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기 간암 관련 핫스팟 변이 중 변이 빈도가 가장 높은 변이를 대상으로 우선적으로 검사할 타겟 핫스팟 변이 총 17개를 선정하고 이를 하기 표 2에 나타내었다. 그 후, 선정된 544개의 간암 관련 핫스팟 변이 중에서 맞춤 치료제 정보를 CIViC 데이터 베이스에서 검색하고, 그 결과 총 12개 핫스팟 변이에 대해서 맞춤치료제가 검색되었으며, 이를 하기 표 3에 나타내었다.
[표 1]
Gene | Cytoband | Gene size (Nucleotides) | # Mutations | # Mutations / Nucleotide | Freq | # of designed hotspot |
TP53 | 17p13.1 | 3924 | 118 | 0.0301 | 30.83% | 56 |
CTNNB1 | 3p21 | 6606 | 103 | 0.0156 | 26.01% | 36 |
ALB | 4q13.3 | 3373 | 52 | 0.0154 | 11.53% | 5 |
APOB | 2p24-p23 | 14828 | 44 | 2.97E-03 | 10.46% | 15 |
RYR2 | 1q43 | 17668 | 44 | 2.49E-03 | 10.46% | 30 |
PCLO | 7q21.11 | 18757 | 45 | 2.40E-03 | 9.38% | 29 |
LRP1B | 2q21.2 | 17040 | 33 | 1.94E-03 | 8.85% | 22 |
ARID1A | 1p35.3 | 9246 | 34 | 3.68E-03 | 8.58% | 17 |
XIRP2 | 2q24.3 | 13023 | 32 | 2.46E-03 | 7.77% | 13 |
AXIN1 | 16p13.3 | 7487 | 26 | 3.47E-03 | 6.43% | 14 |
ARID2 | 12q12 | 12127 | 24 | 1.98E-03 | 5.90% | 13 |
COL11A1 | 1p21 | 8265 | 22 | 2.66E-03 | 5.63% | 22 |
KMT2D | 12q13.12 | 20476 | 24 | 1.17E-03 | 5.63% | 14 |
RB1 | 13q14.2 | 6169 | 26 | 4.22E-03 | 5.63% | 8 |
KMT2C | 7q36.1 | 22650 | 20 | 8.83E-04 | 5.36% | 10 |
FAT4 | 4q28.1 | 16439 | 23 | 1.40E-03 | 5.09% | 15 |
PREX2 | 8q13.2 | 12058 | 19 | 1.58E-03 | 5.09% | 13 |
이름 | 염색체 | 유전자 | CIViC(NA) | CIViC(AA) | 약물 |
COSM10735 | chr17 | TP53 | 7578211G>C | R213P | EAP protocol(combination of doxorubicin, etoposide and cisplatin) |
COSM10758 | chr17 | TP53 | 7578190A>G | Y220C | EAP protocol(combination of doxorubicin, etoposide and cisplatin) |
COSM10718 | chr17 | TP53 | 7578406G>A | R175H | Dexorubicin |
COSM43871 | chr17 | TP53 | 7577535G>C | R249 | Doxorubicin |
COSM43665 | chr17 | TP53 | 7577535G>C | R249 | Doxorubicin |
COSM10725 | chr17 | TP53 | 7577580A>G | Y234C | Carboplatin,Cisplatin |
COSM305942 | chr1 | JAK1 | 65311203G>T | S703I | Ruxolitinib |
COSM775 | chr3 | PIK3CA | 178952085A>G | H1047R | Panitumumab,Cetuximab |
COSM763 | chr3 | PIK3CA | 178936091G>A | E545K | MK-2206,Pictilisib |
COSM136387 | chr3 | PIK3CA | 178928226C>T | P471L | Idelalisib |
COSM132937 | chr2 | SF3B1 | 198267359G>T | K666N | Spliceostatin A |
COSM521 | chr12 | KRAS | 25398280:85 | G12/G13 | Cetuximab |
실시예 2. 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널의 제작
상기 실시예 1-2에서 선정한 544개의 핫스팟 변이에 대하여 변이의 위치정보를 포함하는 BED 파일을 UCSC genome browser (http://genome.ucsc.edu/)를 통해 생성한 후, 생성된 BED 파일 및 http://ampliSeq.com(Thermofisher Scientific 사) 홈페이지를 통해 맞춤형 핫스팟 패널을 디자인 하였다. 패널 디자인은 검사 시간 및 비용 절감을 위해 단일-풀(single-pool)로 디자인하였으며, 세포-유리 DNA(cfDNA) 및 FFPE(formalin-fixed paraffin embedded) 검체에서도 호환이 가능하도록 앰플리콘(amplicon) 크기를 125 내지 140bp가 되도록 디자인하였다. 제작된 암 패널은 Ion AmpliSeq Library Kit 2.0(Ion Torrent, Thermofisher Scientific 사)을 사용하여 제조사의 가이드에 따라 라이브러리를 제작한 후, Ion torrent 기반의 시퀀싱 장비를 통해 시퀀싱이 가능하다. 상기 암 패널은 총 406개의 프라이머 세트로 이루어져 있으며, 총 35.61kb 에 해당하는 유전자 부위에 대해 증폭 및 시퀀싱이 가능하다.
한편, 하기 실험에서 이용된 비교예 1은 범용 암 패널(Actionable panel)로, Onco-C Actionable Panel(주식회사 클리노믹스 사)를 이용하였다. 하기 표 4에는 비교예 1과 실시예 2의 암 패널 디자인을 비교하여 나타내었다. 본 발명 실시예 2의 간암 특이적 암 패널을 비교예 1의 범용 암 패널과 구조적인 측면에서 비교하였을 때, 본 발명 간암 특이적 암 패널의 경우 상기 실시예 1을 통해 선정된 간암 특이적인 핫스팟 변이 부위만을 선정하여 패널 사이즈를 1/3 이하로 작게 디자인이 가능하여, 한 번에 시퀀싱할 수 있는 검체의 개수를 늘려 검사 비용 및 시간을 절감할 수 있도록 설계되었다.
[표 4]
실시예
3. 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널의
검출능
검증
3-1. CTC 표준 물질을 사용한 분석
상기 실시예 2에서 제작한 암 패널의 변이 검출능을 검증하기 위하여 세포주를 이용하여 혈중 종양 세포(Circulating Tumor Cell, CTC) 모델 표준 물질을 제작하였다. 정상세포주에 암세포주의 개수를 점차 감소시키면서 혼합하여 변이 빈도 100%, 10%, 5%, 1% 및 0.1% 에 해당하는 CTC 모델 표준 물질을 제작한 후, 각각의 표준 물질을 3회 반복 실험을 통해 검출능 검증실험을 진행하였다. 실험 프로토콜을 도 1에, 실험 결과는 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제작한 CTC 모델 표준물질을 대상으로 변이 검출능 검증 실험을 수행한 결과, 5개 변이(TP53 p.R248Q, TP53 p.R248L, CTNNB1 p.S45F, TP53 p.G262D 및 PIK3CA p.H1047R)에 대해 변이 빈도가 모두 5% 이하인 샘플에 대해서 기대된 대립유전자 발현빈도(expected Allele frequency)와 관찰된 대립유전자 발현빈도(observed allele frequency)의 비례 커브 분석 결과, R2값이 0.95 이상을 나타내었으며, 그 중에서도 CTNNB1 p.S45F 변이 및 TP53 p.G262D 변이의 비례 커브 분석 결과 R2 값이 0.99 이상으로 상관관계가 매우 높음을 확인하였다.
3-2. cfDNA 표준 물질을 사용한 분석
그 다음으로, 상기 실시예 2에서 제작한 암 패널의 변이 검출능을 검증하기 위하여 상용화된 cfDNA 표준 물질인 Multiplex I cell free DNA reference standard set(HD780)(Horizon 사)를 외부 유전자검사 기관(테라젠이텍스 바이오 연구소)에 의뢰하여 4회 반복의 시퀀싱 검증 시험을 수행하였다. 상기 Multiplex I cell free DNA reference standard set 에 포함된 8개 변이 중 간암 패널 내에 포함된 변이는 KRAS G12D 및 PIK3CA E545K 2개의 변이였으며, 해당 2개 변이에 대하여 5%, 1% 및 0.1% 변이 빈도를 갖는 샘플에 대해 검출능 검증실험을 진행하고 실험 프로토콜은 도 3에, 실험 결과는 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 4회 반복의 검출능 검증실험 결과 변이 빈도 0.1%까지 검출 가능한 것으로 나타나, 본 발명에 따른 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널은 우수한 민감도를 나타냄을 확인하였다.
상기 결과를 통해, 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널은 총 35.61kb 에 해당하는 유전자 부위에 대해 증폭 및 시퀀싱이 가능하고, 앰플리콘 크기를 평균 150bp가 되도록 디자인하여 혈중 종양 세포(Circulating Tumor Cell, CTC) 또는 세포-유리 DNA(Cell-free DNA)와 같은 생검 시료를 사용해서도 간암 특이적 유전자 변이를 높은 정확도 및 민감도로 분석할 수 있어, 이러한 분석 결과를 바탕으로 환자 맞춤형 암 치료제 및 그에 따른 효과 및 예후 예측 정보를 효율적으로 제공할 수 있음을 확인하였다.
실시예
4. 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널의 임상적 성능 검증
본 발명에서 개발한 간암 특이적 암 패널의 임상적 효용성을 검증하기 위하여, 10건의 임상 검체를 대상으로 비교예 1의 범용 암 패널과 실시예 2의 간암 특이적인 암 패널로 각각 시퀀싱을 진행하여 변이 검출률을 비교하였다. 이를 위하여, 간암 환자의 FFPE 검체 10건으로부터 DNA를 추출한 후, 10ng의 DNA를 사용하여 각각 비교예 1의 범용 암 패널과 실시예 2의 간암 특이적인 암 패널로 라이브러리를 제작한 후 시퀀싱을 진행하였고, 시퀀싱 커버리지(coverage) 분석 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 실험결과는 도 5 내지 도 9에 나타내었다.
[표 5]
표 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 간암 특이적 암 패널의 시퀀싱 커버리지 분석 결과 평균 뎁스(Depth)가 1829, 검출률(On Target ratio)이 98.1%, 균일성(Uniformity)이 96.57%로 나타났다. 이처럼 실시예 2의 간암 특이적 암 패널은 비교예 1의 범용 암 패널의 결과와 비교하여, 적은 평균 대프로 시퀀싱을 진행하여도 높은 검출률 및 균일성을 나타내어, 시퀀싱이 높은 효율로 진행되었음을 확인하였다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 간암 FFPE 검체 10건에서 간암 특이적 암 패널로 시퀀싱 한 결과, 총 44개의 유전자에서 최소 1개 이상의 체세포(somatic) 변이가 검출되었으며, 이 중 10개의 유전자(22.7%, 중부패널 상에 빨간색으로 표시)는 The Cancer Genome Atlas (TCGA) 데이터베이스의 1,609 케이스(case)의 간암 검체를 대상으로 한 변이 데이터와 비교하였을 때, 변이 빈도 상위 20위의 유전자에 포함이 되어 있음을 확인하였다.
반면에, 비교예 1의 범용 암 패널을 이용하여 동일한 간암 FFPE 검체를 시퀀싱한 결과, 최소 1개 이상의 변이가 검출된 유전자는 총 22개였으며, 이중에서 TCGA의 간암 변이 빈도 상위 20위의 유전자 내에 포함되는 유전자는 1개 (4.5%, 하부패널 상의 빨간색으로 표시)에 그친 것을 확인하였다.
한편, 도 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 간암 특이적인 유전자 변이 검출용 암 패널로 간암 임상검체 10건의 시퀀싱 진행 결과, 검출된 전체 유전자 변이 중에서 Cosmic DB에 보고된 변이 중 22개 유전자 70개의 변이가 검출되었으며, 10건의 검체에서 모두 최소 1개의 Cosmic 변이가 검출되었다.
상기 결과를 기준으로, 도 7에 나타낸 바와 같이, 간암 특이적 암 패널 시퀀싱한 결과를 범용 암 패널로 시퀀싱 결과와 비교하였을 때, 임상 검체 10건 중 최소 1개 이상의 Comic DB 보고 변이가 검출된 환자의 수는 전체 9명(90%)에서 10명(100%)으로 향상되었으며, 특히 이중에서도 최소 1개 이상의 간암에서 보고된 핫스팟 변이가 검출된 환자의 수는 2명(20%)에서 8명(80%)으로 향상된 것을 확인하였다.
상기 결과를 통해, 본 발명에서 개발한 간암 특이적 암 패널이 범용 암 패널과 비교하여 실제 간암 시료에서 간암 관련 변이 검출률을 향상시킴으로써, 임상적 효용성을 증대시킬 수 있음을 확인하였다.
비록 본 발명이 상기에 언급된 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한 첨부된 청구 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.
Claims (10)
- TP53, CTNNB1, ABL, APOB, RYR2, PCLO, LRP1B, ARID1A, XIRP2, AXIN1, ARID2, COL11A1, KMT2D, RB1, KMT2C, FAT4 및 PREX2로 이루어진 군으로부터 선택되는 2종 이상의 유전자의 뉴클레오티드 서열로부터 선택된 연속 뉴클레오티드 서열을 포함하는 폴리뉴클레오티드, 또는 그의 상보적 폴리뉴클레오티드를 포함하는 간암 특이적 유전자 변이 검출용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 조성물은 KEAP1, SETD2, ARID1B, JAK1, RPS5KA3, NFE2L2, PIK3CA, APC, TCS2, ACVR2A, KIT, PTEN, SF3B1, ARHGAP35, ATM, PBRM1, TSC1, HNF1A, ATRX, CDH1, CREBBP, EGFR, KRAS, PDGFRA, ERBB2, FLT3, IDH2, JAK2, SMAD4, TBL1XR1, EYS, FBN2, BRD7, CDKN1A, NCOR1, ADH1B, SRCAP, HNRNPA2B1, CYP2E1, MAP2K3 및 G6PD로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 유전자의 뉴클레오티드 서열로부터 선택된 연속 뉴클레오티드 서열을 포함하는 폴리뉴클레오티드, 또는 그의 상보적 폴리뉴클레오티드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 간암 특이적 유전자 변이 검출용 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리뉴클레오티드, 또는 그의 상보적 폴리뉴클레오티드는 프라이머 또는 프로브인 것을 특징으로 하는, 간암 특이적 유전자 변이 검출용 조성물.
- 제1항 또는 제2항의 간암 특이적 유전자 변이 검출용 조성물을 포함하는 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널.
- 제4항에 있어서, 상기 암 패널은 간암환자의 혈액, 타액, 뇨, 분변, 기관, 조직, 세포 및 생검물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 시료로부터 간암 특이적 유전자 변이를 검출하는 것을 특징으로 하는, 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널.
- 제4항에 있어서, 상기 암 패널은 혈중 종양 세포(circulating tumor cell) 또는 세포-유리 DNA(cell-free DNA)로부터 간암 특이적 유전자 변이를 검출하는 것을 특징으로 하는, 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널.
- 제4항에 있어서, 상기 암 패널은 앰플리콘 크기가 140~160bp인 것을 특징으로 하는, 간암 특이적 유전자 변이 검출용 암 패널.
- 제4항의 암 패널에 시료를 처리하여 간암특이적 유전자 변이를 검출하는 단계;를 포함하는 간암 진단에 대한 정보제공방법.
- (a) 제4항의 암 패널에 시료를 처리하여 간암특이적 유전자 변이를 검출하는 단계; 및
(b) 상기 (a) 단계에서 검출된 간암특이적 유전자 변이 대응 치료제를 선별하는 단계;를 포함하는 간암특이적 유전자 변이에 따른 맞춤 항암제 정보제공방법.
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