KR20240023370A - 엑소좀 유래 miRNA를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암진단용 바이오마커 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엑소좀 유래 miRNA를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 바이오마커 조성물에 관한 것으로, 정상군 및 소세포폐암 환자군에서 분리한 엑소좀 내 miRNA 분석을 통해 확인한 소세포폐암 환자군에서 특이적으로 발현이 증가 또는 감소하는 7개의 miRNA를 개별 또는 조합하여 소세포폐암 진단 및 예후예측 정확도를 분석한 결과, miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA 조합이 우수한 소세포폐암 진단 및 예후예측 효과를 나타내는 것을 확인함으로써, 소세포폐암 진단 또는 예후예측용 바이오마커 조성물로서 유용하게 활용될 수 있다.

Description

엑소좀 유래 miRNA를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 바이오마커 조성물{Biomarker composition for diagnosing small cell lung cancer comprising miRNA derived from exosome as active ingredients}
본 발명은 엑소좀 유래 miRNA를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 바이오마커 조성물에 관한 것이다.
암은 전세계적으로 높은 발병률과 사망률을 나타내는 질환이고, 그 중 폐암은 암 중에서도 높은 발병률과 사망률을 보인다. 폐암은 세포의 크기에 따라 비소세포폐암(non-small cell lung cancer; NSCLC)과 소세포폐암 (small cell lung cancer; SCLC)로 구분할 수 있는데, 그 중 소세포폐암은 폐암의 전체 약 10~20% 비율을 차지하고, 신경내분비(neuroendocrine) 유래의 암세포로서, 빠른 종양 형성 및 전이; 및 높은 재발률이 특징이다. 소세포폐암 진단 시 제한 병기(limited disease; LD) 및 확장 병기(extensive disease; ED)로 구분할 수 있는데, LD는 암이 종격동을 포함해서 폐의 한쪽에만 국한된 경우이고, ED는 암이 반대편 폐나 다른 장기로 전이된 경우이다. 소세포폐암은 종양 형성 및 전이 속도가 매우 빨라서 예후예측이 쉽지 않아, 소세포폐암 환자 대부분이 진단 시 이미 말기 환자(ED)로 판명받고, 5년 생존율이 10% 이내라고 보고되고 있다. 진단 후 최초 복합화학 요법(EP chemotherapy) 치료를 진행하지만 대부분의 환자에서 내성이 발생되고 ED 환자의 생존율이 LD 환자에 비해 현저하게 낮다고 보고되고 있다.
이처럼 소세포폐암을 진단 후 치료를 진행한다 할지라도, 이미 말기 환자로 판명받는 경우가 많아 치료 효과를 기대하기 어렵고, 내성, 부작용 등의 문제도 존재하여 소세포폐암은 특히 조기 진단이 무엇보다 중요하다. 따라서, 소세포폐암을 진단 및 예후예측을 위한 바이오마커 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0018409호(2017.02.17. 공개)
본 발명의 목적은 엑소좀 유래 miRNA를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 바이오마커 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 엑소좀 유래 miRNA의 발현수준을 측정할 수 있는 제제를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 소세포폐암 진단용 조성물을 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 키트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 엑소좀 유래 miRNA를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 예후예측용 바이오마커 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 소세포폐암 진단 또는 예후예측을 위한 정보 제공 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 바이오마커 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA의 발현수준을 측정할 수 있는 제제를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 소세포폐암 진단용 조성물을 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 키트를 제공한다.
또한, 본 발명은 miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 예후예측용 바이오마커 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 개체로부터 생물학적 시료를 분리하는 단계; 및 상기 분리된 생물학적 시료에서 miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA의 발현수준을 측정하는 단계를 포함하는 소세포폐암 진단 또는 예후예측을 위한 정보 제공 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 정상군 및 소세포폐암 환자군에서 분리한 엑소좀 내 miRNA 분석을 통해 확인한 소세포폐암 환자군에서 특이적으로 발현이 증가 또는 감소하는 7개의 miRNA를 개별 또는 조합하여 소세포폐암 진단 및 예후예측 정확도를 분석한 결과, miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA 조합이 우수한 소세포폐암 진단 및 예후예측 효과를 나타내는 것을 확인함으로써, 소세포폐암 진단 또는 예후예측용 바이오마커 조성물로서 유용하게 활용될 수 있다.
도 1a는 정상군 및 소세포폐암 초기 환자군에서 분리한 엑소좀의 형태학적 특성을 전자현미경으로 관찰한 결과이다. 도 1b 내지 1e는 상기 엑소좀의 사이즈별 분포도를 나노입자 추적 분석 방법을 통해 분석한 결과이다. 도 1f는 상기 엑소좀의 마커(TSG1, HSP90, CD63 및 CD81)를 웨스턴블롯(wetern blot)을 통해 분석한 결과이다.
도 2는 정상군 및 소세포폐암 환자군에서 분리한 엑소좀 내부 구성요소를 Bioanalyzer를 통해 분석한 결과이다.
도 3a은 정상군 및 소세포폐암 환자군에서 분리한 엑소좀 내 miRNA를 마이크로어레이(microarray) 방법으로 분석한 데이터를 주성분분석(PCA plot)을 통해 도식화한 결과이다. 도 3b은 정상군 및 소세포폐암 환자군에 따른 엑소좀 내 miRNA의 수 및 공통으로 가지는 miRNA 수를 분석한 결과이다. 도 3c는 정상군 및 소세포폐암 환자군에 따른 엑소좀 내 총합 및 평균 miRNA 수를 비교 및 분석한 결과이다. 도 3d는 도 3c의 개별 환자의 결과물의 그룹별 평균치이다. 도 3e 및 3f는 각각 마이크로어레이 분석 결과, 정상군 및 소세포폐암 환자군 사이 통계적 유의확률(p-vaule<0.05) 차이를 보이는 31개의 miRNA; 및 가장 큰 발현율 변화를 나타내는 상위 또는 하위 10개의 miRNA를 분석한 결과이다.
도 4a 및 도 4b는 상기 도 3e 및 3f에서 확인한 총 51개의 miRNA를 실시한 중합효소연쇄반응(Real-Time PCR; RT-PCR)을 통해 검증한 후, 이를 바탕으로 25개의 miRNA를 선별한 결과이다.
도 5a 내지 도 5g는 정상군 및 소세포폐암 환자군(제한병기; LD + 확장병기; ED)에 따른 상기 도 4에서 선별한 25개의 miRNA 중 특정 7개의 miRNA의 발현 변화를 RT-PCR을 통해 비교 및 분석한 결과이다.
도 6은 수신자 조작 특성(AUC-ROC) 분류 모델을 이용하여 상기 도 5에서 확인한 특정 7개의 miRNA가 정상군 및 소세포폐암 환자군을 구분 및 환자군을 검출할 수 있는지 분석한 결과이다. 도 6a은 상기 7개의 miRNA의 개별 또는 가능한 모든 조합을 분류모델에 적용한 결과이다. 도 6b 내지 6j는 상기 도 6a의 적용 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7a 및 7b는 소세포폐암 환자군을 저위험군(Low risk) 및 고위험군(High risk)으로 구분하고, 위험비(hazard ratio: HR) 분석을 통해 두 그룹별 생존률을 비교 및 분석한 결과이다. 도 7c는 3개의 miRNA의 예상 타겟(target)을 생물정보학 기술을 통해 분석한 결과이다. 도 7d 및 7e는 상기 도 7c에서 확인한 예상 타겟 유전자를 대상으로 각각 KEGG pathway 및 Gene Ontology 분석을 통해 엑소좀을 통한 세포의 기능적변화 가능성을 분석한 결과이다.
도 8은 상기 확보한 3개의 miRNAs(miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p) 개별 또는 혼합물 (miR3124 mimic, miR200b mimic, miR92b inhibitor)을 정상 폐세포주 (BEAS2B cell)에 형질도입후 control 대비 변화하는 유전자의 양상을 mRNA-sequencing을 통해 확인한 결과이다. 도 8a은 BEAS2B 세포에 형질도입된 샘플들의 주성분 분석 (Principal Component Analysis, PCA) 결과이다. 도 8b는 BEAS2B 세포내 형질도입된 miRNAs를 통한 mRNAs의 변화양상을 control 그룹과 비교한 volcano plot이다. 도 8c는 그룹간 변화된 mRNA 개별 및 비교조합을 분류 모델에 적용한 것을 나타낸다. 도 8d 및 도 8e는 그룹별 유의미한 변화를 보인 mRNA의 유전자 기능분석 (Gene Ontology, GO) 결과를 도식하고 나열한 결과이다. 도 8f는 그룹별 유의미성을 가지는 mRNA를 이용한 질병분석 (Disease ontology, GO) 결과이다. 도 8g는 질병분석을 통해 도출한 Lung cancer 관련 유전자들의 발현정도를 그룹별로 분석한 유전자 세트 농축분석 (Gene set enrichment analysis, GSEA) 결과이다.
도 9는 정상군 및 비소세포폐암(NSCLC) 환자군에 따른 특정 3개의 miRNAs 발현 변화를 나타낸 것이다. 도 9a은 miR-200b-3P, 도 9b는 miR-3124-5p, 도 9c는 miR-92b-5p의 miRNA 발현 변화를 RT-PCR을 통해 비교 및 분석한 결과이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 바이오마커 조성물을 제공한다.
상기 miRNA는 조직, 세포, 전혈, 혈액, 혈청, 타액, 객담, 뇌척수액 및 뇨로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 생물학적 시료에서 분리된 엑소좀(exosome)에서 유래된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 miRNA는 하기와 같은 서열을 가진다.
1) miR-200b-3P (MIMAT0000318, 서열번호 1) : UAAUACUGCCUGGUAAUGAUGA
2) miR-3124-5p (MIMAT0014986, 서열번호 2) : UUCGCGGGCGAAGGCAAAGUC
3) miR-92b-5p (MIMAT0004792, 서열번호 3) : AGGGACGGGACGCGGUGCAGUG
본 발명의 용어 “진단(diagnosis)”은 병리 상태의 존재 또는 특징을 확인하는 것으로, 본 발명의 목적상 소세포폐암의 발병 여부 또는 발병 가능성을 확인하는 것을 의미하며, 소세포폐암 또는 이의 적어도 하나 이상의 증상에 대한 대상의 감수성을 판정하는 것, 테라메트릭스(therametrics)(예를 들어, 치료 효능에 대한 정보를 제공하기 위하여 객체의 상태를 모니터링하는 것) 등을 포함한다. 또한, 임상 상태의 일차 진단 또는 재발한 질병의 진단을 포함한다.
본 발명의 용어 “바이오마커(biomarker)”는 몸 안의 변화를 알아낼 수 있는 지표로서, 생명체의 정상 또는 병리적인 상태, 이의 변화 여부 등을 확인할 수 있는 물질로, 폴리펩타이드, 핵산, 지질, 당지질, 당단백질, 당(단당류, 이당류, 올리고당류 등) 등과 같은 유기 생체 분자 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA의 발현수준을 측정할 수 있는 제제를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 조성물을 제공한다.
상기 miRNA의 발현수준을 측정할 수 있는 제제는 상기 miRNA에 특이적으로 결합하는 프라이머 또는 프로브일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 용어 “프라이머(primer)”는 짧은 자유 3말단 수산화기(free 3' hydroxl group)를 가지는 핵산 서열로, 상보적인 주형과 염기쌍을 형성할 수 있고, 주형 가닥 복사를 위한 시작 시점으로 기능을 하는 짧은 핵산 서열을 의미한다. 프라이머는 적절한 완충용액 및 온도에서 중합반응(즉, DNA polymerase 또는 역전사효소)을 위한 시약 및 상이한 4가지 뉴클레오타이드 트리포스페이트(nucleotide triphosphate)의 존재 하에서 DNA 합성을 개시할 수 있다. PCR 조건, 센스 및 안티센스 프라이머의 길이는 당해 기술 분야에 공지된 기술에 따라 적절히 선택될 수 있다.
본 발명의 용어 “프로브(probe)”는 miRNA와 특이적으로 결합을 이룰 수 있는 수 개 내지 수백 개의 염기서열의 단편을 의미하며, 라벨링 되어있어서 상기 miRNA의 존재 유무 및 발현량을 확인할 수 있다. 적절한 프로브 및 혼성화 조건은 당해 기술 분야에 공지된 기술에 따라 적절히 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 소세포폐암 진단용 조성물을 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 키트를 제공한다.
상기 키트는 소세포폐암이 의심되는 개체로부터 분리된 시료에서 상기 miRNA의 발현수준을 측정하여 소세포폐암 발병 여부를 진단하는 데 사용될 수 있다.
상기 키트는 상기 miRNA 발현수준을 측정하는 제제뿐만 아니라 분석 방법에 적합한 한 종류 또는 그 이상의 다른 구성 성분 조성물, 용액 또는 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 키트는 PCR을 수행하기 위해 분석하고자 하는 시료로부터 유래된 게놈 DNA, 본 발명의 마커 유전자에 대해 특이적인 프라이머 세트, 적당량의 DNA 중합 효소, dNTP 혼합물, PCR 완충용액 및 물을 포함할 수 있다. 상기 PCR 완충용액은 KCl, Tris-HCl 및 MgCl2를 포함할 수 있다. 이외에 PCR 산물의 증폭 여부를 확인할 수 있는 전기영동 수행에 필요한 구성 성분들이 본 발명의 키트에 추가로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 키트는 RT-PCR을 수행하기 위해 필요한 필수 요소를 포함하는 키트일 수 있다. RT-PCR 키트는 마커 유전자에 대한 특이적인 각각의 프라이머 쌍 외에도 테스트 튜브 또는 다른 적절한 컨테이너, 반응 완충액, 데옥시뉴클레오티드(dNTPs), Taq-폴리머레이즈 및 역전사 효소와 같은 효소, DNase, RNase 억제제, DEPC-수(DEPC-water), 멸균수 등을 포함할 수 있다. 또한, 정량 대조군으로 사용되는 유전자에 특이적인 프라이머 쌍을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 예후예측용 바이오마커 조성물을 제공한다.
본 발명의 용어 “예후예측”은 “예후”와 동일한 의미로 사용되고, 질환의 경과 및 결과를 미리 예측하는 행위를 의미한다. 보다 구체적으로, 예후예측이란 질환의 치료 후 경과는 환자의 생리적 또는 환경적 상태에 따라 달라질 수 있고, 이러한 환자의 상태를 종합적으로 고려하여 치료 후 병의 경과를 예측하는 모든 행위를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
또한, 본 발명은 개체로부터 생물학적 시료를 분리하는 단계; 및 상기 분리된 생물학적 시료에서 miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA의 발현수준을 측정하는 단계를 포함하는 소세포폐암 진단 또는 예후예측을 위한 정보 제공 방법을 제공한다.
상기 생물학적 시료는 조직, 세포, 전혈, 혈액, 혈청, 타액, 객담, 뇌척수액 및 뇨로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상에서 분리된 엑소좀(exosome)에서 유래된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 miRNA의 발현수준은 차세대 염기서열 분석(Next generation sequencing; NGS), 중합효소연쇄반응(PCR), 역전사 중합효소연쇄반응(RT-PCR), 실시간 중합효소연쇄반응(Real-time PCR), RNase 보호 분석법(RNase protection assay; RPA), 마이크로어레이(microarray) 및 노던 블롯팅(northern blotting)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 방법으로 측정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[실시예 1] 엑소좀(exosome) 분리
폐의 결절이 확인된 정상군과 소세포폐암 초기(limited stage) 환자군 각 5명의 혈청 1ml을 수집하고, 초고속 원심분리기를 사용하여 엑소좀을 분리하였다. 수집된 혈청을 10,000 x g 속도에서 30분간 원심분리 하여 혈청 내 세포 및 잔해 물질을 제거한 후, 상등액을 100,000 x g 속도에서 70분간 원심분리 하여 엑소좀을 수집하였다. 수집된 엑소좀은 PBS로 세척과정을 거친 후 100,000 x g 속도에서 70분간 엑소좀 분리 동일조건으로 원심분리하여 수집 후 분석 과정을 거쳤다.
[실시예 2] 엑소좀 특성 분석
상기 실시예 1에서 분리한 엑소좀의 특성을 확인하기 위해, 하기와 같은 분석방법을 사용하였다.
2-1. 전자현미경 분석
엑소좀의 형태학적 특성을 확인하기 위해, 엑소좀 펠렛을 4% 파라포름알데하이드(paraformaldehyde)에 1시간 동안 고정한 후 세척과정을 거쳤다. 이후 1% 사산화오스뮴(OsO4)에서 고정하고 탈수 과정을 거친 후, 1% 아세트산 우라닐(uranyl-acetate)을 처리하고 염색 및 고정 과정을 거쳤다. 초박절편(ultrathin sections)은 Hitachi 7100 전자현미경을 사용하였다.
2-2. 나노입자 추적 분석
엑소좀의 사이즈별 분포도를 확인하기 위해, NanoSight NS300 장비를 이용하여 엑소좀의 사이즈 및 조밀도를 분석하였다. NTA 2.1 analytical software를 사용하여 데이터를 해석하고, 엑소좀의 사이즈 분포도를 도식화하였다.
2-3. 웨스턴블롯(western blot)
엑소좀의 특이적인 마커를 확인하기 위해, 엑소좀에 RIPA buffer를 넣고 단백질 추출 후 정량하였다. 추출된 단백질은 SDS-PAGE를 이용하여 분리하고, 이모빌론 막(immobilon membrane)으로 electrotransfer한 후 엑소좀 마커를 확인하였다.
2-4. Bioanalyzer 분석
엑소좀 내부의 구성요소를 확인하기 위해, 엑소좀 내 RNA를 추출하고 agilent 2100 bioanalyzer를 사용하여 엑소좀 내 RNA integrity를 확인하였다.
그 결과, 도 1에 나타난 바와 같이, 엑소좀의 존재 여부와 두 실험군 간 엑소좀의 형태, 크기 및 양적인 차이가 없는 것을 확인하였고, 도 2에 나타난 바와 같이, 엑소좀 구성요소 중 miRNA가 주요 인자인 것을 확인하였다.
[실시예 3] 마이크로어레이(microarray) 분석
정상군과 소세포폐암 환자군 사이의 엑소좀 miRNA 발현 차이를 확인하기 위해, 마이크로어레이를 통한 miRNA 프로파일링 분석을 수행하였다. 상기 분석을 통해 확인한 miRNA들을 온라인 데이터베이스인 VESICLEPEDIA(2929개, http://www.microvesicles.org/) 및 EXCARTA(2766개, http://www.exocarta.org/)에 등록된 miRNA들과 비교하였고, 상기 분석한 마이크로어레이 데이터를 주성분분석(PCA plot)을 통하여 도식화하여 정상군 및 소세포폐암 환자군을 비교하였다.
그 결과, 정상군과 소세포폐암 환자군에서 총 1635개의 엑소좀 miRNA의 존재를 확인하였고, 상기 온라인 데이터베이스에 등록된 miRNA들과 비교한 결과, 상기 1635개의 miRNA 중 온라인 데이터베이스 상에 등록되지 않은 135개의 새로운 엑소좀 miRNA가 존재하는 것을 확인하였다.
또한, 상기 분석한 마이크로어레이 데이터를 주성분분석(PCA plot)을 통하여 도식화한 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, 정상군의 경우 응집된 분포를 나타낸 반면, 소세포폐암 환자군의 경우 산발적인 분포를 나타내는 것을 확인하였다. 이는 정상군과 구별되는 특징으로, 암세포의 이질성이 엑소좀에도 반영되는 것을 의미한다.
또한, 도 3에 나타난 바와 같이, 마이크로어레이 분석 결과, 두 실험군에서 통계적 유의확률 (p-value<0.05) 차이를 보이는 31개의 miRNA와 가장 큰 발현율 변화가 관찰된 상위 또는 하위 각각 10개의 miRNA를 확인하였다.
[실시예 4] 실시간 중합효소연쇄반응(Real-Time PCR) 분석
상기 실시예 3에서 확인한 총 51개(통계적 유의확률 차이를 보이는 31개 + 가장 큰 발현율 변화의 상위/하위 각각 10개) miRNA들을 실시간 중합효소연쇄반응(Real-Time PCR; 이하 RT-PCR이라 함) 방법을 통해 검증하였다. poly A　꼬리 연결 miRNA와 혼성화할 수 있는 어댑터를 올리고 뉴클레오티드를 사용하여 miRNA를 역전사시킨 후, 1) miRNA로부터 역전사된 cDNA, 2) 특이적으로 혼성화 가능한 올리고뉴클레오티드 및 3) 어댑터 올리고뉴클레오티드로 구성된 연장용 프라이머를 사용하여 miRNA를 증폭시키고 증폭 정도를 Cybergreen을 사용하여 분석하였다. 이를 바탕으로 25개의 miRNA들을 선별하였고, 상기 선별한 25개의 miRNA는 도 4에 나타난 바와 같다.
또한, 상기 선별한 25개의 miRNA를 대규모 집단에서 재검증하기 위해, 50명의 정상군과 76명의 소세포폐암 환자군(제한병기_LD: 28명, 확장병기_ED: 48명)의 혈액을 수집하여 혈청 내 엑소좀을 분리하고, 상기 25개의 miRNA를 RT-PCR 방법을 통해 분석하였다.
그 결과, 도 5에 나타난 바와 같이, 25개 중 7개(miR-3565, miR3124-5p, miR-200b-3p, miR-6515, miR-3126-3p, miR-9-5p 및 miR-92b-5p)가 유의성이 있음을 확인하였고, 구체적으로, 상기 7개의 miRNA 중 6개(miR-3565, miR3124-5p, miR-200b-3p, miR-6515, miR-3126-3p 및 miR-9-5p)는 소세포폐암 환자군에서 특이적인 증가를, 나머지 1개(miR-92b-5p)는 소세포폐암 환자군에서 특이적인 감소를 나타내는 것을 확인하였다.
또한, 정상군 및 소세포폐암 환자군의 구분 및 환자군 검출 가능성 여부를 확인하기 위해, 민감도 및 특이도를 반영하는 수신자 조작 특성(AUC-ROC) 분류 모델에 상기 7개의 엑소좀 miRNA의 개별 또는 가능한 모든 조합을 적용하여 분석하였고, 정확도(accuracy; 이하 ACC라 함) 수치를 도식화하였다.
그 결과, 도 6에 나타난 바와 같이, miR-200b-3P, miR3124-5p 및 miR-92b-5p의 miRNA 조합이 AUC=0.93 및 P<0.0001의 수치를 나타내어, 소세포폐암을 구분하고 진단할 수 있는 가장 이상적인 분류 모델인 것을 확인하였다. 상기 3개의 miRNA는 표 1과 같은 서열을 가진다.
유전자 염기서열 서열번호
miR-200b-3P UAAUACUGCCUGGUAAUGAUGA 1
miR3124-5p UUCGCGGGCGAAGGCAAAGUC 2
miR-92b-5p AGGGACGGGACGCGGUGCAGUG 3
[실시예 5] 소세포폐암 예후예측인자로서의 활용 가능성 분석
엑소좀 miRNA를 이용한 소세포폐암 환자의 예후예측 가능성 여부를 확인하기 위해, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
5-1. miRNA 발현에 따른 환자 생존률 분석
상기 실시예 3에서 확인한 7개의 miRNA에 따른 소세포폐암 환자의 예후예측 가능성을 확인하기 위해, 상기 miRNA 발현에 따른 환자 생존률을 분석하였다. miRNA 발현은 PCR을 통하여 검출된 수치를 기준으로 발현률 상위환자군과 하위환자군으로 구분하고, 이들 간 생존률 분석에는 Kaplan-Meier 생존곡선을 이용하였다. 유의성 검증에는 GraphPad Prism version 8.0 프로그램을 사용하였다.
그 결과, 상기 7개의 개별 miRNA 모두에서 생존률의 유의성을 확인할 수 없었다.
5-2. 위험비(hazard ratio) 분석
상기 실시예 3에서 확인한 3개의 miRNA(miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p) 조합에 따른 환자 예후예측 가능성을 확인하기 위해, 상기 miRNA 조합의 위험비(hazard ratio: HR) 분석을 수행하였다. 76명의 소세포폐암 환자를 저위험군(Low risk) 및 고위험군(High risk)으로 구분하였고, 두 실험군 사이 생존률을 비교 및 분석하였다.
그 결과, 도 7에 나타난 바와 같이, 저위험군에 비해 고위험군의 생존율이 유의미하게 감소하는 것을 확인하였다(p-value=0.0029). 이는 상기 miRNA 조합을 통한 소세포폐암의 예후예측이 가능함을 의미한다.
5-3. 엑소좀을 통한 세포의 기능적변화 가능성 분석
엑소좀을 통한 세포의 기능적변화 가능성을 확인하기 위해, 생물정보학 기술을 사용하여 상기 3개의 miRNA(miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p)의 예상 타겟(target)을 확인하고, 상기 예상 타겟 유전자를 대상으로 KEGG pathway 및 Gene Ontology 분석을 수행하였다.
그 결과, 도 7에 나타난 바와 같이, miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p의 조합이 소세포폐암의 진단 및 예후예측인자로서 활용 가능하다는 것을 확인하였다.
[실시예 6] miRNAs의 개별 또는 조합에 따른 효과 분석
3개의 miRNAs(miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p)의 개별 또는 조합에 따른 소세포폐암의 진단 및 예후예측인자로서 효과를 비교하기 위해, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
정상 폐암세포주 (BEAS2B cell)에 상기 확보한 3개의 miRNAs(miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p) 개별 또는 혼합물 (miR3124 mimic, miR200b mimic, miR92b inhibitor)을 세포내 형질도입후 이들의 기능적인 부분을 확인해본 결과, 도 8에 나타난 결과와 같이 ERBB, EGF, JACK-stat 경로의 활성과 더불어 폐 관련, 특히 폐암 관련 유전자의 변화 양상이 혼합물이 처리된 세포 그룹에서 가장 크게 증가하는 것을 확인하였다.
이러한 결과를 통하여 miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p의 조합이 소세포폐암의 진단 및 예후예측인자로서 활용 가능하다는 것을 확인하였다.
[실시예 7] miRNAs에 의한 비소세포폐암(NSCLC)에서의 발현 양상 분석
3개의 miRNAs(miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p)이 소세포폐암(SCLC) 특이적으로 발현하는지를 확인하기 위해, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
도 9를 통해 확인한 비소세포폐암(NSCLC) 환자 그룹에서 3개의 miRNAs(miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p)의 발현양상은 정상비교군과 비교하여 유의미한 증감양상이 관찰되지 않았다. 이러한 결과를 바탕으로 3개의 miRNA는 소세포폐암 특이적인 바이오마커로 활용 가능하다는 것을 확인하였다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 즉, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다.

Claims (9)

  1. miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 바이오마커 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 miRNA는 조직, 세포, 전혈, 혈액, 혈청, 타액, 객담, 뇌척수액 및 뇨로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 생물학적 시료에서 분리된 엑소좀(exosome)에서 유래된 것을 특징으로 하는 소세포폐암 진단용 바이오마커 조성물.
  3. miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA의 발현수준을 측정할 수 있는 제제를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 miRNA의 발현수준을 측정할 수 있는 제제는 상기 miRNA에 특이적으로 결합하는 프라이머 또는 프로브인 것을 특징으로 하는 소세포폐암 진단용 조성물.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4의 조성물을 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 진단용 키트.
  6. miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA를 유효성분으로 포함하는 소세포폐암 예후예측용 바이오마커 조성물.
  7. 개체로부터 생물학적 시료를 분리하는 단계; 및
    상기 분리된 생물학적 시료에서 miR-200b-3P, miR-3124-5p 및 miR-92b-5p로 이루어진 miRNA의 발현수준을 측정하는 단계를 포함하는 소세포폐암 진단 또는 예후예측을 위한 정보 제공 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 생물학적 시료는 조직, 세포, 전혈, 혈액, 혈청, 타액, 객담, 뇌척수액 및 뇨로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상에서 분리된 엑소좀(exosome)에서 유래된 것을 특징으로 하는 소세포폐암 진단 또는 예후예측을 위한 정보 제공 방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 miRNA의 발현수준은 차세대 염기서열 분석(Next generation sequencing; NGS), 중합효소연쇄반응(PCR), 역전사 중합효소연쇄반응(RT-PCR), 실시간 중합효소연쇄반응(Real-time PCR), RNase 보호 분석법(RNase protection assay; RPA), 마이크로어레이(microarray) 및 노던 블롯팅(northern blotting)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 방법으로 측정하는 것을 특징으로 소세포폐암 진단 또는 예후예측을 위한 정보 제공 방법.
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