WO2017043497A1 - 大腸腫瘍の有無を検査する方法 - Google Patents

大腸腫瘍の有無を検査する方法 Download PDF

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寛 末廣
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国立大学法人山口大学
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/82Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a precipitate or turbidity
    • G01N2021/825Agglutination

Definitions

  • the present invention relates to a method for examining the presence or absence of a colorectal tumor using a sample derived from a living body other than the affected part (tissue suspected of having a colorectal cancer or precancerous lesion), and a kit for carrying out such a method.
  • colorectal cancer total of colon cancer and rectal cancer
  • sex males have gastric cancer.
  • Colorectal cancer has a tendency to increase both morbidity and mortality. By looking at these percentages by age, both men and women begin to increase in their 50s, and tend to increase as the age increases. The increase in colorectal cancer is thought to be related to the progress of aging and westernization of dietary habits. According to the “Cancer / Statistics White Paper”, the proportion (prevalence) of people with colorectal cancer between 2015 and 2019 was 254,900 for men and 184,800 for women. The number of deaths is estimated to be 25,800 for men and 21,900 for women.
  • Colorectal tumors that occur in the cecum, colon, and rectum are concepts that include benign colorectal adenomas and colorectal cancers that may have high malignancy and metastasis.
  • the second most common cancer disease is known to be caused by mutations in mucosal epithelial cells inside the gastrointestinal tract.
  • the main cause of canceration of mucosal epithelial cells is considered to be a mutation in genomic DNA that controls cell growth, and other environmental factors (risk factors), inheritance, etc. are known as factors that affect canceration.
  • colon adenomas grow in normal colon tissue
  • colon adenomas that are in a precancerous state become new cancers
  • cancer cells that have metastasized from cancerous parts grow in non-cancerous colon tissues.
  • New colon cancer tissue is formed.
  • Colorectal cancer often has no subjective symptoms even if it progresses, but it is almost completely cured if it is early, so it is important to detect it early without subjective symptoms.
  • FAP familial adenomatous polyposis
  • APC familial adenomatous polyposis
  • the main test methods include fecal occult blood test, blood test, digital rectal examination, and diagnosis using a colonoscopy, but commonly used fecal occult blood test has a problem in early cancer detection sensitivity, and blood test (Tumor marker contained in blood) has problems that it is positive only for advanced cancer. Also, digital rectal examination can be diagnosed only within the reach of the finger. Diagnosis by colonoscopy is also difficult to see.
  • Each of the inspection methods has a fundamental problem particularly with respect to detection sensitivity for early cancers, such as a problem that detection sensitivity is lowered for early cancers.
  • Patent Document 1 discloses a human DNA sequence related to canceration
  • Patent Document 2 discloses a method for detecting colorectal cancer using APC, K-ras and p53 gene mutations as indices
  • 3 discloses a method for detecting digestive organ cancer using APC and / or DCC gene methylation as an index, but any of these methods has problems in terms of detection sensitivity, specificity, cost, etc. At present, it has not been put into practical use clinically.
  • the TWIST1 gene which is one of the genes of interest in the present invention, is a gene isolated as a human homolog of the transcriptional regulatory factor TWIST involved in morphogenesis of the Drosophila Drosophila melanogaster. It is a gene also called by name. Its substance is a transcription factor of Basic helix-loop-helix (bHLH) type, and is generally considered to be involved in cell lineage and differentiation during development. It is known that a mutation occurring in the TWIST1 gene itself (coding region) causes Seathre-Chotzen syndrome, and it has recently been suggested that it is involved in acquiring taxol resistance in nasopharyngeal carcinoma cells.
  • bHLH Basic helix-loop-helix
  • Patent Documents 1 and 2 have been reported, and a methylation regulator selected from a DNA methylation inhibitor, a demethylating agent, and an antagonist of DNA methyltransferase activity is an abnormal substance containing a typical or malignant cell.
  • Patent Document 4 A method of administering to the breast duct of a patient having ductal epithelial cells has been reported (Patent Document 4).
  • MSP methylation-sensitive PCR
  • the present inventors are one of methylation quantitative analysis techniques after treating bisulfite (sodium hydrogen sulfite) with DNA extracted from tissue specimens of digestive system cancer, particularly stomach cancer and colorectal cancer as a sample.
  • a COBRA (Combined Bisulfite Restriction Analysis) assay was performed, and it was first found out that methylation occurred frequently in the TWIST1 gene promoter region in cancer tissues (Colon cancer tissue examination method: Patent Document 5).
  • This method utilizes the phenomenon that unmethylated CpG is converted from cytosine to uracil in bisulfite-treated DNA, but this conversion does not occur in methylated cytosine. For this reason, after a DNA sample is treated with bisulfite, it is amplified by PCR and then treated with a specific restriction enzyme, so that a PCR product using methylated DNA as a template is cleaved, but unmethylated DNA is used as a template. The PCR product can detect the difference that cytosine is not cleaved by conversion to uracil, and can quantify methylated DNA and unmethylated DNA.
  • the steps include (1) extracting DNA from the specimen tissue sample, (2) subjecting the extracted DNA sample to bisulfite treatment, (3) amplification by PCR, (4) restriction enzyme treatment, 5) Electrophoresis. (6) A configuration in which the electrophoretic image is quantitatively evaluated.
  • this method is a test method that requires a tissue sample for the methylation test of the TWIST1 gene, and in order to obtain the sample, an invasive surgical procedure called tissue sampling must be performed. .
  • tissue sampling is painful for the subject, and is also time consuming and costly, especially due to factors such as lack of quantification when the degree of methylation is low, the colorectal cancer histology is based on laboratory level.
  • the BMP3 gene, the NDRG4 gene, and the KRAS gene are used as indicators of screening for colorectal cancer by fecal occult blood test.
  • methylation of the SEPT9 gene in plasma serves as an index for screening for colon cancer (Patent Document 6).
  • the fecal occult blood test Fecal Occult Blood Test
  • FBT Fecal Occult Blood Test
  • colonoscopy is characterized by the ability to directly observe the lesion, which can be used to determine the location and size of the lesion, and to take a tissue under the endoscope for pathological diagnosis and small adenomas.
  • treatment is possible, but it is painful and expensive as a test.
  • the enema X-ray examination is an examination in which barium (contrast medium) and air are injected into the large intestine from the anus and X-ray imaging is performed. If barium excretion after the examination does not go well, more than colonoscopy This is a painful test.
  • the fecal occult blood test is a method for diagnosing the possibility of colorectal cancer, and the primary screening by this method is a probability that a pre-cancerous colorectal adenoma or a very early colorectal cancer could not be detected and missed. There was a problem that was large.
  • an object of the present invention is a non-invasive, low-cost, simple method, colon cancer, specifically colon cancer, using DNA methylation having high sensitivity and high specificity as an index.
  • a primary screening test method for the presence or absence of colorectal adenoma and a kit for carrying out the method are provided.
  • the degree of methylation has been measured by measuring the methylation level after treating the DNA with bisulfite as described above.
  • Treatment of DNA with bisulfite converts unmethylated cytosine to uracil, and methylated cytosine remains cytosine.
  • the current mainstream is to conduct various methylation assays by utilizing the property that the base sequence changes depending on the presence or absence of methylation. Had gone.
  • Patent Document 5 in which DNA is treated with sodium bisulfite, a COBRA (Combined Bisulfite Restriction Analysis) assay was used as a methylation quantification method.
  • the steps include (1) DNA extraction from surgically excised tissue, (2) DNA bisulfite treatment (converting unmethylated cytosine in CpG sequence in DNA to uracil), (3) DNA purification, 4) methylation specific PCR of bisulfite-treated DNA, (5) restriction enzyme BstUI treatment of PCR product, (6) electrophoresis, (7) methylation quantitative analysis.
  • the conventional bisulfite treatment of DNA has the following aspects in more detail and is a complicated procedure.
  • unmethylated CpG is converted from cytosine to uracil by treatment with sodium bisulfite, but this conversion does not occur in methylated cytosine. Therefore, the PCR product using methylated “CGCG” as a template is cleaved by the restriction enzyme BstUI treatment, but the PCR product using unmethylated “CGCG” as a template is not cleaved.
  • the present inventors performed methylation analysis of DNA extracted from a stool specimen (hereinafter also referred to as “stool DNA”) using the DNA after the above bisulfite treatment.
  • tools DNA methylation analysis of DNA extracted from a stool specimen
  • this treatment further reduces the amount of DNA extracted from feces, which was originally a small amount (approximately 90% reduction), and the DNA is in a single-stranded state.
  • it is not suitable for methylation analysis because it is easily hydrolyzed when the DNA concentration is low, and a large amount of DNA is required for the analysis.
  • at least 10 copies are not detected, but considering that the DNA is reduced by about 90% by bisulfite treatment, at least 100 copies are required for the test sample. A large amount of sample is required.
  • the present inventors used stool or serum samples to measure methylated TWIST1 (measurement of the degree of methylation (frequency, etc.) in the upstream region from the start codon of the TWIST1 gene), methylation BMP3 measurement (measurement of the degree of methylation (frequency etc.) in the upstream region from the start codon of the BMP3 gene), measurement of methylated NDRG4 (measurement of the degree of methylation (frequency etc.) in the upstream region from the transcription start point of the NDRG4 gene)
  • methylated SEPT9 measuring the degree of methylation (frequency, etc.) of a part of the region coding for the SEPT9 gene
  • the present inventors have found that the presence or absence of a colorectal tumor in a test subject can be predicted, and the present invention has been completed.
  • a method for predicting the presence or absence of a colorectal tumor in a test subject comprising the following steps (a) to (d) in sequence, wherein bisulfite treatment is not performed.
  • A a step of extracting DNA in a biological sample collected from a test subject;
  • B a step of treating the DNA obtained in step (a) with a methylation sensitive restriction enzyme;
  • C a region encoding the TWIST1 gene, BMP3 gene, NDRG4 gene, or SEPT9 gene in the DNA treated with the methylation-sensitive restriction enzyme in step (b), ⁇ 1 to from the start codon of any one of the above genes ⁇ 1100 region, or a part of ⁇ 300 to ⁇ 500 region from the transcription start point of any of the above genes, and measure the degree of methylation of one or more CpG sequences in the amplified DNA
  • D When the degree of methylation measured in step (c) is greater than or equal to
  • Step (b) (B-1) treatment with at least one methylation sensitive restriction enzyme selected from HhaI, HpaII, BstUI, Hpy99I, SacII, SmaI, BssHII, NaeI, RsrII, NotI; (B-2) After step (b-1), at least one selected from HhaI, HpaII, BstUI, Hpy99I, SacII, SmaI, BssHII, NaeI, RsrII, NotI, and step (b-1) Treating with a methylation sensitive restriction enzyme different from the methylation sensitive restriction enzyme used in The method according to (2) above, which is a two-stage process.
  • step (b-1) is a step of treating with HhaI, HpaII and exonuclease I (ExoI), and the step (b-2) is a step of treating with BstUI 3) The method as described.
  • step (b-2) is a step of treating with BstUI 3) The method as described.
  • step (c) The method according to any one of (1) to (4) above, wherein the DNA is amplified by digital PCR in step (c).
  • (C5) a primer pair consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NOs: 4 and 5 and a set of probes consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 6;
  • (C6) a primer pair consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NOs: 11 and 12 and a probe set consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 13;
  • (C7) a primer pair consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NOs: 14 and 15 and a set of probes consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 16;
  • (C8) a primer pair consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NOs: 17 and 18 and a set of probes consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 19;
  • (C5) a primer pair consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NOs: 4 and 5 and a set of probes consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 6;
  • (C6) a primer pair consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NOs: 11 and 12 and a probe set consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 13;
  • (C7) a primer pair consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NOs: 14 and 15 and a set of probes consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 16;
  • (C8) a primer pair consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NOs: 17 and 18 and a set of probes consisting of the oligonucleotides shown in SEQ ID NO: 19;
  • the kit according to any one of (10) to (12) above, wherein
  • a screening test for the presence or absence of a colorectal tumor can be performed using the same stool specimen as the fecal occult blood test or using a stool specimen that has been cryopreserved.
  • the combination test method predicts the presence or absence of colorectal tumors by combining the degree of methylation measured and the fecal occult blood test results, a fecal sample for fecal occult blood test can be obtained without collecting the fecal sample again.
  • a common screening (reuse) that can produce a test result with higher sensitivity and specificity for the presence or absence of colorectal tumors, which is simple, highly reliable, and inexpensive. Can do.
  • the present invention it is possible to predict the presence or absence of a colorectal tumor with high sensitivity and high specificity as compared with screening of fecal occult blood test alone, or early detection can be performed after that. It is possible to predict the presence or absence of colorectal cancer, advanced adenoma, and intramucosal cancer that have a significant effect.
  • a test for predicting the presence or absence of a colorectal tumor can be performed easily by using a kit for carrying out this method.
  • FIG. 3A shows the copy number of methylated TWIST1 and control gene (hTERT) measured by digital PCR using DNA of various methylation levels
  • FIG. 4A relates to the methylated TWIST1 gene.
  • FIG. 4B relates to the control gene (hTERT). An embodiment of the present invention is shown in a chart.
  • FIG. 8A is a graph showing the methylated TWIST1 positive rate in each stool sample DNA of a control group, a non-advanced adenoma patient group, an Advanced adenoma / Tis patient group, and a CRC (colon cancer) patient group when the cutoff value is 1 or more. It shows with.
  • FIG. 8B shows the number of methylated TWIST1-positive specimens and negative in each stool specimen DNA of control group, Non-advanced adenoma patient group, Advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group when cut-off value is 1 or more The number of specimens is shown in a table.
  • FIG. 8B shows the number of methylated TWIST1-positive specimens and negative in each stool specimen DNA of control group, Non-advanced adenoma patient group, Advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group when cut-off value is 1 or
  • FIG. 8C shows methylated TWIST1 sensitivity and specificity in each stool sample DNA of control group, non-advanced adenoma patient group, advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group when cut-off value is 1 or more. It is a table
  • FIG. 9A is a graph showing the methylated TWIST1 positive rate in each stool sample DNA of a control group, a non-advanced adenoma patient group, an Advanced adenoma / Tis patient group, and a CRC (colon cancer) patient group when the cutoff value is 2 or more. It shows with.
  • FIG. 9B shows the number of methylated TWIST1-positive specimens in each stool specimen DNA of a control group, a non-advanced adenoma patient group, an Advanced adenoma / Tis patient group, and a CRC (colon cancer) patient group when the cutoff value is 2 or more. The number of negative specimens is shown in the table.
  • FIG. 9B shows the number of methylated TWIST1-positive specimens in each stool specimen DNA of a control group, a non-advanced adenoma patient group, an Advanced adenoma / Tis patient group, and a CRC (colo
  • FIG. 9C shows methylated TWIST1 sensitivity and specificity in each stool specimen DNA of the control group, Non-advanced adenoma patient group, Advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group when the cutoff value is 2 or more. It is a table
  • FIG. 10A is a graph showing the methylated TWIST1 positive rate in each stool sample DNA of a control group, a non-advanced adenoma patient group, an Advanced adenoma / Tis patient group, and a CRC (colon cancer) patient group when the cutoff value is 5 or more. It shows with.
  • FIG. 10B shows the number of methylated TWIST1-positive specimens in each stool specimen DNA of a control group, a non-advanced adenoma patient group, an Advanced adenoma / Tis patient group, and a CRC (colon cancer) patient group when the cutoff value is 5 or more. The number of negative specimens is shown in the table.
  • FIG. 10B shows the number of methylated TWIST1-positive specimens in each stool specimen DNA of a control group, a non-advanced adenoma patient group, an Advanced adenoma / Tis patient group, and a CRC (colo
  • FIG. 10C shows methylated TWIST1 sensitivity and specificity in each stool sample DNA of a control group, a non-advanced denadenoma patient group, an Advanced adenoma / Tis patient group, and a CRC (colon cancer) patient group when the cutoff value is 5 or more. It is a table
  • FIG. 11A is a graph showing each occult blood positive (+) rate in a stool specimen of a control group, a Non-advanced adenoma patient group, an Advanced adenoma / Tis patient group, and a CRC (colon cancer) patient group.
  • FIG. 11A is a graph showing each occult blood positive (+) rate in a stool specimen of a control group, a Non-advanced adenoma patient group, an Advanced adenoma / Tis patient group
  • FIG. 11B shows the number of occult blood positive (+) specimens and occult blood negative (-) specimens in each stool specimen of the control group, Non-advanced adenoma patient group, Advanced adenoma / Tis patient group, and CRC (colon cancer) patient group. It shows with.
  • FIG. 11C shows the sensitivity, specificity, positive predictive value, and negative predictive value of the occult blood test in each stool specimen of the control group, Non-advanced adenoma patient group, Advanced adenoma / Tis patient group, and CRC (colon cancer) patient group. It is a table
  • FIG. 12A is positive for FOBT (+) and / or methylated TWIST1 copy number 1 or more in each stool specimen of control group, non-advanced adenoma patient group, advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group
  • the positive rate in the combination test is shown as a graph.
  • FIG. 12C is positive for FOBT (+) and / or methylated TWIST1 copy number 1 or more in each stool specimen of control group, Non-advanced adenoma patient group, Advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group
  • the sensitivity, specificity, positive predictive value, and negative predictive value of the combination test are shown.
  • Data when the FOBT (+) and / or methylated TWIST1 copy number is 2 or more in a combined test of fecal occult blood test (FOBT) and fecal DNA methylated TWIST1 test.
  • FIG. 13B shows that FOBT (+) and / or methylated TWIST copy number of 2 or more is positive in each stool specimen of control group, non-advanced adenoma patient group, advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group
  • the number of positive (Yes) samples and the number of negative (No) samples in the combination test are shown in the table.
  • 13C is positive for FOBT (+) and / or methylated TWIST1 copy number of 2 or more in each stool specimen of control group, Non-advanced adenoma patient group, Advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group
  • the sensitivity, specificity, positive predictive value, and negative predictive value of the combination test are shown.
  • Data when the FOBT (+) and / or methylated TWIST1 copy number is 5 or more in a combined test of fecal occult blood test (FOBT) and fecal DNA methylated TWIST1 test.
  • FIG. 14A is positive for FOBT (+) and / or methylated TWIST1 copy number of 5 or more in each stool specimen of the control group, Non-advanced adenoma patient group, Advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group
  • the positive rate in the combination test is shown as a graph.
  • FIG. 14B shows that FOBT (+) and / or methylated TWIST copy number of 5 or more is positive in each stool specimen of control group, Non-advanced adenoma patient group, Advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group
  • the number of positive (Yes) samples and the number of negative (No) samples in the combination test are shown in the table.
  • FIG. 14C shows that the FOBT (+) and / or methylated TWIST1 copy number is 5 or more in the stool samples of the control group, Non-advanced adenoma patient group, Advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group.
  • Methylated TWIST1 copy number in fecal sample DNA from control group Non-advanced adenoma (non-advanced gland species) patient group, Advanced adenoma / Tis (advanced adenoma or intramucosal cancer) patient group, CRC (colon cancer) patient group and The result of comparing copy number ratios by group is shown in a graph. 15A shows the copy number on the vertical axis, and FIG. 15B shows the copy number ratio (methylated TWIST1 copy number / hTERT copy number) on the vertical axis.
  • FIG. 16 shows the results of creating ROC curves for the non-advanced adenoma patient group, the advanced adenoma / intramucosal cancer patient group, and the advanced adenoma / intramucosal cancer patient group for the control based on the data in FIG. 16A is a group of patients with non-advanced adenoma for control, FIG. 16B is a group of patients with advanced adenoma / mucosal cancer for control, and FIG. 16C is a group of colon cancer for control (also shown in FIGS.
  • FIG. 17A shows copy number of methylated BMP3 and control gene (hTERT) measured by digital PCR using DNA of various methylation levels
  • FIG. 17B shows copy number ratio (methylated BMP3 copy number / hTERT copy number). Indicates.
  • the quantitative result by digital PCR is shown.
  • 18A shows the copy number of methylated NDRG4 and control gene (hTERT) measured by digital PCR using DNA of various methylation levels
  • FIG. 18B shows the copy number ratio (methylated NDRG4 copy number / hTERT copy number). Indicates.
  • the quantitative result by digital PCR is shown.
  • FIG. 19A shows the copy number of methylated SEPT9 and control gene (hTERT) measured by digital PCR using DNA of various methylation levels
  • FIG. 19B shows the copy number ratio (methylated SEPT9 copy number / hTERT copy number). Indicates.
  • the graph shows the results of comparing the methylated BMP3 copy number or copy number ratio in the stool specimen DNA from the control group, non-advanced gland species patient group, colon advanced adenoma or intramucosal cancer patient group, and colon cancer patient group.
  • 20A shows the copy number on the vertical axis
  • FIG. 20B shows the copy number ratio (methylated BMP3 copy number / hTERT copy number) on the vertical axis.
  • 21 shows the results of creating ROC curves for the non-advanced adenoma patient group, the advanced adenoma / intramucosal cancer patient group, and the stage 1 to 4 colorectal cancer (CRC) patient group for the control based on the data in FIG.
  • the graph shows the results of comparing methylated NDRG4 copy number or copy number ratio in stool specimen DNA from a control group, a non-advanced gland species patient group, an advanced adenoma or intramucosal cancer patient group, and a colon cancer patient group.
  • 22A shows the copy number on the vertical axis, and FIG.
  • 22B shows the copy number ratio (methylated NDRG4 copy number / hTERT copy number) on the vertical axis.
  • 22 shows the results of creating ROC curves for the non-advanced adenoma patient group, the advanced adenoma / intramucosal cancer patient group, and the stage 1-4 colon cancer patient group for the control based on the data in FIG.
  • the graph shows the results of comparing the methylated SEPT9 copy number or copy number ratio in the stool sample DNA from the control group, non-progressive colorectal gland species patient group, advanced colorectal adenoma or intramucosal cancer patient group, and colon cancer patient group .
  • 24A shows the copy number on the vertical axis, and FIG.
  • FIG. 24B shows the copy number ratio (methylated SEPT9 copy number / hTERT copy number) on the vertical axis.
  • FIG. 25 shows the results of creating ROC curves for the non-advanced adenoma patient group, the advanced adenoma / mucosal cancer patient group, and the stage 1-4 colon cancer patient group for the control based on the data in FIG. Results of comparison of methylated TWIST1 copy number or copy number ratio in serum cell-free DNA from control group, non-progressive colorectal patient group, advanced colorectal adenoma or intramucosal cancer patient group, colon cancer patient group To express.
  • 26A shows the copy number on the vertical axis, and FIG.
  • FIG. 26B shows the copy number ratio (methylated TWIST1 copy number / hTERT copy number) on the vertical axis.
  • FIG. 27 shows the results of creating ROC curves for the non-advanced adenoma patient group, the advanced adenoma / mucosal cancer patient group, and the stage 1 to 4 colon cancer patient group for the control based on the data in FIG.
  • Methylated NDRG4 copy number ratio (methylated NDRG4 copy number / hTERT copy number in the serum cell-free DNA from the control group, colon non-advanced gland species patient group, colon advanced adenoma or intramucosal cancer patient group, colon cancer patient group Separately compared results are shown in a graph.
  • step (A) a step of extracting DNA in a biological sample collected from a test subject;
  • step (B) a step of treating the DNA obtained in step (a) with a methylation sensitive restriction enzyme;
  • step (C) a region encoding the TWIST1 gene, BMP3 gene, NDRG4 gene, or SEPT9 gene in the DNA treated with the methylation-sensitive restriction enzyme in step (b), ⁇ 1 to from the start codon of any one of the above genes ⁇ 1100 region, or a part of ⁇ 300 to ⁇ 500 region from the transcription start point of any of the above genes, and measure the degree of methylation of one or more CpG sequences in the amplified DNA
  • step of: (D) When the degree of methylation measured in step (c) is greater than or equal to a predetermined value, it is predicted that there is a colorectal tumor in the subject and when the degree of methylation is less than the predetermined value
  • the colorectal tumor is a concept including colorectal cancer or colorectal adenoma caused by transformation of normal cells of the large intestine or its immediate gastrointestinal tract, for example, cecal cancer, colon cancer, rectal cancer, cecal adenoma, colon adenoma, Rectal adenoma is a suitable example, including anal cancer and anal adenoma.
  • colon adenoma means a benign tumor with no metastatic potential (non-advanced adenoma) or a pre-cancerous colon tumor (advanced adenoma) with abnormal cell morphology or structural atypia
  • colon cancer is infinite proliferative Or malignant tumor with metastatic potential.
  • the progression of colorectal tumors can be caused by the growth of colorectal adenomas in normal colon tissues, the pre-cancerous colorectal adenomas becoming cancerous, or cancer cells that have metastasized from cancerous areas in non-cancerous colorectal tissues. Means that colon cancer tissue is newly formed.
  • the biological sample in the present invention is other than a colorectal tumor tissue, and when importance is attached to the convenience of detection, feces, blood, serum, plasma, saliva Urine, etc., stool or serum can be preferably mentioned, and stool can be mentioned more suitably.
  • the biological sample includes cells contained in stool, blood, serum, plasma, saliva, urine and the like. It should be noted that, by using the method of the present invention, slight methylation of DNA can be detected. For example, 0.05 to 0.5 g, preferably 0.1 to 0.3 g is sufficient for feces, and blood may be used. 100 ⁇ L to 1 mL, preferably 300 ⁇ L to 500 ⁇ L is sufficient.
  • Examples of the method for extracting DNA from a biological sample include a phenol extraction method, a phenol / chloroform extraction method, an alkali dissolution method, and a method using a commercially available DNA extraction reagent.
  • the methylation-sensitive restriction enzyme in the present invention is not particularly limited as long as it is a restriction enzyme that can distinguish between methylation / non-methylation of CpG in the recognition sequence, and currently more than 100 enzymes are known.
  • Recognition sequence is 4-base HhaI (GCG / C), HpaII (C / CGG), BstUI (CG / CG), recognition sequence is 5-base Hpy99I (CGWCG /), recognition sequence is 6-base SacII (CCGC / GG) ), SmaI (CCC / GGG), BssHII (G / CGCGC), NaeI (GCC / GGC), RsrII (CG / GWCCG) with a recognition sequence of 7 bases, NotI (GC / GGCCGC) with a recognition sequence of 8 bases be able to.
  • BstUI is also sold under the name Bsh1236I by a restriction enzyme manufacturer.
  • the methylation sensitive restriction enzyme may be used alone, or may be used in combination of two, three, four, or five or more types, preferably a combination of three or more types of HhaI, HpaII and BstUI. A combination of three types can be mentioned.
  • the DNA in the extracted biological sample may be treated with the above methylation sensitive restriction enzyme.
  • (b-1) Treatment with at least one methylation sensitive restriction enzyme selected from HhaI, HpaII, BstUI, Hpy99I, SacII, SmaI, BssHII, NaeI, RsrII, NotI; (b-2) after step (b-1)
  • the step (b-1) is treated with HhaI, HpaII and exonuclease I (ExoI).
  • Step (b- 2) is more preferably a step of processing with BstUI.
  • this was distinguished from this as “one-stage enzyme treatment”.
  • a part of the -300 to -500 region from the transcription start point is (1) a region encoding the TWIST1 gene, a region -1 to -1100 from the start codon of the TWIST1 gene, or a transcription start point of the TWIST1 gene- Part of the 300 to -500 region, (2) a region encoding the BMP3 gene, a region -1 to -1100 from the start codon of the BMP3 gene, or a region of -300 to -500 from the transcription start point of the BMP3 gene (3) a region encoding the NDRG4 gene, the initiation code of the NDRG4 gene -1 to -1100 from the transcription region, or a part of -300 to -500 from the transcription start point of the NDRG4
  • the TWIST1 gene coding region, the -1 to -1100 region from the start codon of the TWIST1 gene, or a part of the ⁇ 300 to -500 region from the transcription start point of the TWIST1 gene is preferably a TWIST1 gene A part of the -1 to -1100 region from the start codon of TWIST1, more preferably about 1000 bp upstream from the start codon of the TWIST1 gene, more preferably a part of -1 to -1100 region from the start codon of the TWIST1 gene, 15, 17, 30, 61, 63, 66, 68 in the sequence of -910 to -1001 region from the start codon of TWIST1 gene shown in SEQ ID NO: 10 (position information chr7: 19,157,854-19,157,945 in the GRCh37 / hg19 database) Or a sequence containing 90th cytosine (c), more preferably T A sequence that is a part of the -1 to -1100
  • the BMP3 gene coding region, the ⁇ 1 to ⁇ 1100 region from the start codon of the BMP3 gene, or a part of the ⁇ 300 to ⁇ 500 region from the transcription start point of the BMP3 gene is preferably BMP3 A part of the -1 to -1100 region from the start codon of the gene, more preferably a part of the -1 to -1100 region from the start codon of the BMP3 gene, and from the start codon of the BMP3 gene shown in SEQ ID NO: 20 -33 to -256 region sequence (position information chr4: 81,952,106-81,952,183 in the GRCh37 / hg19 database), the sequence containing cytosine 30, 44, or 46, more preferably from the start codon of the BMP3 gene- 1st to ⁇ 1100 region and the 30th, 44th and 46th positions in the sequence shown in SEQ ID NO: 20 Sequence containing a thin, most preferably include the sequence shown in SEQ ID NO: 20
  • the NDRG4 gene-encoding region, the -1 to -1100 region from the start codon of the NDRG4 gene, or a part of the -300 to -500 region from the transcription start point of the NDRG4 gene is preferably the NDRG4 A part of the -300 to -500 region from the transcription start point of the gene, more preferably a part of the -300 to -500 region from the transcription start point of the NDRG4 gene, and the NDRG4 gene transcript variant shown in SEQ ID NO: 21 52, 54, 66, 68 in sequence (chr16: 58,497,096-58,497,237 in position information chr16: 58,497,096-58,497,237 in the region from ⁇ 3112 to ⁇ 453 from the start of transcription 1 (region from ⁇ 24587 to ⁇ 24446 from the start codon)) A sequence containing cytosine 74 or 76, more preferably from the transcription start
  • the SEPT9 gene coding region, the ⁇ 1 to ⁇ 1100 region from the start codon of the SEPT9 gene, or the part of the ⁇ 300 to ⁇ 500 region from the transcription start point of the SEPT9 gene is preferably the SEPT9 gene.
  • a part of the region encoding the SEPT9 gene more preferably a part of the region encoding the SEPT9 gene, and a sequence of -14 to +48 region from the start codon of the SEPT9 gene transcripttranvariant 2 shown in SEQ ID NO: 22 (GRCh37 / hg19 database)
  • SEQ ID NO: 22 GRCh37 / hg19 database
  • chr17 75,369,566-75,369,627)
  • a sequence containing the 28th, 35th and 37th cytosines, most preferably the sequence shown in SEQ ID NO: 21 can be mentioned.
  • the initiation codon means a codon that becomes a starting point of protein synthesis when mRNA is translated into protein, and the position of adenine (A) of such initiation codon is “+1”, The position upstream of the base is “ ⁇ 1”.
  • the transcription start point means the transcription start point of mRNA at the time of transcription, the position of the transcription start point is “+1”, and the position one base upstream of the transcription start point is “ ⁇ 1”. To do.
  • Examples of the DNA amplification method include a digital PCR method, a quantitative PCR method, a PCR method, a LAMP method, and a qAMP method, and a digital PCR method can be preferably mentioned.
  • Examples of the length of the sequence to be amplified include 20 to 300 bases, preferably 30 to 200 bases, more preferably 50 to 150 bases.
  • Examples of the method for measuring the degree of methylation of one or more CpG sequences in the amplified region in the step (c) of the present invention include a digital PCR method, a quantitative PCR method, a qAMP method, a LAMP method, and a CGH method.
  • the digital PCR method can be preferably mentioned.
  • DNA amplification and methylation degree may be measured simultaneously by the above method. That is, the degree of DNA amplification and methylation may be simultaneously measured by, for example, quantitative PCR, LAMP method, or qAMP method.
  • the degree of methylation of one or more CpG sequences in the amplified region may be measured, but the degree of methylation of all CpG sequences in the amplified region is measured. It is preferable to do.
  • Digital PCR is a method for absolute quantification of the amount of sample DNA.
  • sample DNA is fractionated into about 20,000 small water droplets (droplets), and PCR is performed using a thermal cycler. Small water droplets containing the target DNA shine, and small water droplets not contained do not change.
  • concentration of the measurement target gene in the sample can be obtained as an absolute numerical value by counting the number of small water droplets that are shining and small water droplets that are not shining. Since the data is determined by the ant / pear of the target DNA of the small water droplet (droplet), it is called “digital PCR” because it is the same as 1/0 of the digital signal.
  • Copy number counting is a method of measuring the amount of fluorescence of each of the 20,000 small water droplets (droplets) one by one using a droplet reader and counting the number of droplets that emit fluorescence, thereby determining the number of copies of the gene. It means the process of measuring absolute value.
  • the degree of methylation can be determined by the number of methylated DNA copies per DNA extracted from a predetermined biological sample, the number of methylated DNA copies per predetermined PCR reaction solution, The method of calculating
  • the ratio of methylated DNA to the internal control is to prevent false negatives when the human sample contains few human cells, especially when the biological sample is stool, and the weight of the net weight of the stool sample for DNA extraction. Regardless of the fact that human gene methylation levels can be accurately measured regardless of the amount of stool, the ratio obtained is the same even if the amount of stool changes. It is.
  • the internal control may be any human DNA that does not have a cleavage site by a methylation sensitive restriction enzyme in the PCR amplification region, and examples thereof include human TERT and RNaseP.
  • Presence or absence of colorectal tumor in the test subject is predicted when there is a colorectal tumor in the test subject when the degree of methylation measured above is greater than or equal to a predetermined value, and when the degree of methylation is less than the predetermined value It can be predicted that there is no colorectal tumor in the test subject.
  • methylated DNA copies per DNA obtained from 4 mg of stool obtained from a test subject When the number is 1 or more, 2 or more, 3 or more, 4 or more, or 5 or more, the test subject is predicted to have a colorectal tumor, and the methylated DNA copy number is less than 1, less than 2, less than 3, less than 4, If it is less than 5 or less than 5, a method of predicting that there is no colorectal tumor in the subject can be mentioned.
  • the number of methylated DNA copies per 20 ⁇ L of PCR reaction solution is 1 or more, 2 or more, 3 or more, 4 or more , Or if it is 5 or more, it is predicted that there is a colon tumor in the test subject, and the methylated DNA copy number is less than 1, less than 2, less than 3, less than 4, less than 5, or less than 5, A method for predicting that there is no colorectal tumor can be mentioned.
  • the number of methylated DNA copies per DNA extracted from 4 mg of stool obtained from the test subject / obtained from the test subject The copy number ratio of TERT gene per DNA extracted from 4 mg of stool is 0.11 or more in the case of methylated TWIST1 / TERT ratio, 0.013 or more in the case of methylated BMP3 / TERT ratio, methylated NDRG4 / TERT If the ratio is 0.037 or more, or if the methylated SEPT9 / TERT ratio is 0.071 or more, it is predicted that there is a colon tumor in the test subject, and the methylated DNA copy number ratio is methylated TWIST1 / TERT ratio is less than 0.11, methylated BMP3 / TERT ratio is less than 0.013, methylated N For RG4 / TERT ratio is less than 0.037, or if the case of the methylation SEPT9 / TERT
  • the test method for predicting the presence or absence of a colorectal tumor of the present invention includes 1) a step of extracting genomic DNA from a stool specimen (a ′), and 2) treatment of the stool DNA obtained in step a with methylation sensitive restriction enzyme treatment (or (Enzyme treatment) (b ′), 3) a CpG site contained in the region ⁇ 910 to ⁇ 1001 from the start codon of the TWIST1 gene is amplified by a plurality of primers using digital PCR, and methyl in the amplified product
  • a method including each step (d ′) of obtaining a prediction result that there is a colorectal tumor may be used.
  • the colorectal tumor test kit of the present invention includes a region encoding TWIST1 gene, BMP3 gene, NDRG4 gene or SEPT9 gene in DNA in a biological sample collected from a test subject, and the start codon of any one of the above genes
  • a kit for measuring the degree of methylation of a part of the region from ⁇ 1 to ⁇ 1100, or a part of the region from ⁇ 300 to ⁇ 500 from the transcription start point of any one of the genes (E) a reagent for extracting genomic DNA in a subject; (F) a methylation sensitive restriction enzyme for treating the genomic DNA; (G) a region encoding the TWIST1 gene, BMP3 gene, NDRG4 gene or SEPT9 gene in the genomic DNA, -1 to -1100 region from the start codon of any of the genes, or any of the genes
  • kits configurations include, for example, (1) Reagents and equipment related to DNA extraction process, and in particular, reagents and equipment for extracting DNA from biological samples such as feces and serum (2 ) Methylation-sensitive restriction enzyme, buffer for the enzyme reaction, and (3) reagents and equipment for performing DNA amplification, that is, CGCG sequence, CCGG sequence, GCGC sequence, CCGCGG sequence, CCCGGG sequence, GCGCGC sequence to be targeted (4) Reagents for measuring DNA methylation, such as primer / probe sets that can amplify regions containing sequences such as GCCGGC sequence, CGGWCCCG sequence, and / or GCGGCCGC, and amplification enzymes and buffers And the like.
  • Reagents and equipment related to DNA extraction process and in particular, reagents and equipment for extracting DNA from biological samples such as feces and serum (2 ) Methylation-sensitive restriction enzyme, buffer for the enzyme reaction, and (3) reagents and equipment for performing DNA
  • kits such as QIAamp Stool DNA Isolation Kit (manufactured by Qiagen) are used for DNA extraction from stool.
  • the DNA may be extracted using QIAamp Fast DNA Stool Mini Kit (manufactured by Qiagen) or the like.
  • primers used for DNA amplification include a region encoding TWIST1 gene, BMP3 gene, NDRG4 gene, or SEPT9 gene, -1 to -1100 region from the start codon of any one of the genes, or
  • the gene can be appropriately designed based on partial sequence information of the ⁇ 300 to ⁇ 500 region from the transcription start point of any of the genes, and can be appropriately prepared using an appropriate oligonucleotide synthesizer.
  • its position, length, etc. are not particularly limited, but the length is 10 to 50 mer, preferably 15 to 30 mer. it can.
  • the probe may be any nucleic acid probe that can hybridize to part or all of the amplified DNA, and can be appropriately prepared using an appropriate oligonucleotide synthesizer, and its length is particularly limited. Although not mentioned, 7 to 30 mer, preferably 10 to 20 mer can be mentioned.
  • the probe is preferably fluorescently labeled.
  • SEQ ID NOs: 4 and 5 shown in SEQ ID NOs: 4 and 5 to target all methylation of the CGCG sequence, CCGG sequence, and GCGC sequence located in the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 10.
  • a combination of probes consisting of nucleotides (a primer / probe set for measuring methylated NDRG4) and a CGCG sequence located in the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 22 and SEQ ID NO: 17 for targeting all methylation of GCGC sequences
  • a combination of a primer pair consisting of the oligonucleotide shown by (18) and a probe consisting of the oligonucleotide shown by SEQ ID NO: 19 (primer / probe set for measuring methylated SEPT9) can be suitably shown.
  • Condition 1 DNA enzyme treatment: HhaI, HpaII, ExoI, BstUI simultaneous treatment (referred to as “one-stage enzyme treatment”)
  • Condition 2 DNA enzyme treatment: Bhai treatment after HhaI, HpaII, ExoI treatment (referred to as “complex enzyme treatment”)
  • HhaI, HpaII, and BstUI are methylation-sensitive restriction enzymes
  • ExoI is a 3 ' ⁇ 5' single-stranded exonuclease (Exonuclease I) that degrades unnecessary single-stranded DNA. It is an enzyme.
  • sample DNA sample preparation of TWIST1 methylation control DNA sample
  • HCT116-derived DNA methylated control DNA
  • the colon cancer cell line HCT116 was transferred to a 1.5 mL tube, and nucleic acid extraction was performed using a nucleic acid extractant SepaGene (Sanko Junyaku Co., Ltd.). The extraction method followed the usage.
  • the nucleic acid pellet obtained by extraction was air-dried, and 100 ⁇ L of TE buffer was added and dissolved to obtain a TWIST1 methylated control DNA sample.
  • TWIST1 unmethylated control DNA sample As a control for the TWIST1 unmethylated allele, peripheral blood lymphocyte-derived DNA (unmethylated control DNA) known to have almost no TWIST1 methylation was used. Using a blood collection tube containing the anticoagulant EDTA-2Na, 0.2% NaCl was added to the collected peripheral blood and mixed by inversion, followed by centrifugation at 2500 rpm for 5 minutes. The supernatant was removed with an aspirator so as not to suck leukocytes precipitated on the bottom of the tube, and this operation was repeated until the pellet (white blood cells) became white.
  • EDTA-2Na 0.2% NaCl was added to the collected peripheral blood and mixed by inversion, followed by centrifugation at 2500 rpm for 5 minutes. The supernatant was removed with an aspirator so as not to suck leukocytes precipitated on the bottom of the tube, and this operation was repeated until the pellet (white blood cells) became white.
  • the pellet which became white was transferred to a 1.5 mL tube, and nucleic acid extraction was performed using a nucleic acid extractant SepaGene (Sanko Junyaku Co., Ltd.). The extraction method followed the usage.
  • the nucleic acid pellet obtained by extraction was air-dried, and 100 ⁇ L of TE buffer was added and dissolved, which was used as a TWIST1 unmethylated control DNA sample.
  • methylated control DNA and non-methylated control DNA are mixed at various ratios, and the mixing ratio of HCT116-derived DNA to the peripheral blood lymphocyte-derived DNA (methylated control DNA content ratio) is 0%, 0.001% 0.01%, 0.1%, 1%, 10%, 50%, and 100% DNA samples were prepared.
  • Table 1 shows the relationship between the ratio of methylated control DNA in each sample and the mixing ratio of colon cancer cell line HCT116-derived DNA (methylated TWIST1 control) and peripheral blood lymphocyte-derived DNA (unmethylated TWIST1 control). Show.
  • ExoI is an exonuclease.
  • DNA complex enzyme treatment BstUI treatment after HhaI, HpaII, and ExoI treatment 1. Place 10 ⁇ L of DNA in a 1.5 mL tube. 2. Add 1 ⁇ L of GeneAmp PCR buffer II (attached to N808-0241, Life technologies). 3. Add 1 ⁇ L of 25 mM MgCl2 solution (attached to N808-0241, Life technologies). 4). Add 1 ⁇ L (10U) of HhaI (ER1851, Thermo). 5). Add 1 ⁇ L (10 U) of HpaII (ER0512, Thermo). 6). Add 1 ⁇ L (20U) of ExoI (EN0581, Thermo). 7). Mix by pipetting. 8. Heat at 37 degrees for 16 hours. 9. Add 1 ⁇ L (10U) BstUI (R0518L, New England BioLabs). 10. Heat to 60 degrees for 16 hours. 11. Warm up to 98 degrees for 10 minutes.
  • the primers (primer sets) used for the PCR reaction are as follows.
  • TWIST1 forward primer 1 (SEQ ID NO: 1) 5'- GTCCTGGGCGTTTCTGAAG-3 ' -TWIST1 reverse primer 1 (SEQ ID NO: 2) 5'- CAGAAGGGCGAGAGAGC-3 '
  • the amplification region by this primer pair is about 1000 bp upstream from the start codon of the TWIST1 gene (within the region -944 to -1021 from the start codon of TWIST1 gene, and on the GRCh37 / hg19 database, the following sequence region is chr7: 19,157,888-19,157,965) (PCR product size: 78 bp).
  • SEQ ID NO: 3 5'-GTCCTGGGCG TTTCTGAAGA CGTGGCCGCGCG CCGCGGGGGC TGAGGATTTG CGTCCCGGCC TGCTCTCTCG CCCTTCTG -3 '
  • the underlined portion indicates the recognition site for the following methylation sensitive restriction enzyme.
  • the restriction enzyme cleavage regions are HhaI, GCGC, HpaII, CCGG, and BstUI are CGCG.
  • PCR reaction solution is prepared. Enzyme-treated DNA 2 ⁇ L ⁇ 10x GeneAmp PCR buffer II 1 ⁇ L ⁇ 25 mM MgCl2 0.8 ⁇ L ⁇ 10 mM dNTPs 1.0 ⁇ L ⁇ 10 ⁇ M TWIST1 Forward primer 1 0.5 ⁇ L ⁇ 10 ⁇ M TWIST1 Reverse primer 1 0.5 ⁇ L ⁇ AmpliTaqGold 0.05 ⁇ L ⁇ Water 4.15 ⁇ L 2. PCR reaction is performed under the following conditions. ⁇ 95 degrees 10 minutes ⁇ 40 cycles: 95 degrees 30 seconds, 60 degrees 30 seconds, 72 degrees 30 seconds ⁇ 72 degrees 4 minutes
  • the obtained PCR product was confirmed by 3% agarose gel electrophoresis containing ethidium bromide. From the results of electrophoresis described above, when DNA was treated under ⁇ Condition 1>, that is, DNAs of various methylation levels were simultaneously treated with HhaI, HpaII, ExoI, and BstUI, a sample with a methylation level of 0% was obtained. Nevertheless, amplification by PCR was observed due to incomplete cleavage of the template DNA (FIG. 1). In addition, the correlation between methylation level and band density was not sufficient.
  • the method of condition 2 that is, the treatment with BstUI after the treatment with HhaI, HpaII and ExoI, is combined enzyme treatment We decided to use the method.
  • TWIST1 colonal cancer cell line HCT116-derived DNA: methylated control DNA
  • DNA known to have little TWIST1 methylation DNA from peripheral blood lymphocytes: non Methylated control DNA
  • Table 4 This DNA was subjected to a plurality of methylation-sensitive restriction enzyme treatments and exonuclease treatments (complex enzyme treatments), and the methylation level quantification by digital PCR was examined using the designed primers and probes.
  • Digital PCR processing is a method for absolute quantification of the amount of sample DNA as described above.
  • a digital PCR system QX100 Droplet Digital PCR system: BioRad
  • the underline indicates a site that can be cleaved by the restriction enzymes HhaI, HpaII, and BstUI.
  • these restriction enzymes are methylation sensitive restriction enzymes, when cytosine (C) is methylated, the site is not cleaved.
  • SEQ ID NO: 10 5'-TCCAAAGGCC AAACCGCGGC GGCCCAGCCC GGAGGTCCTG GGCGTTTCTG AAGACGTGGC CGCGCCGCGG GGGCTGAGGA TTTGCGTCCC GG -3 '
  • the following PCR reaction solution is prepared.
  • ⁇ Enzyme-treated DNA 2 ⁇ L ⁇ DdPCR Supermix for probes (# 186-3010, BioRad) 10 ⁇ L ⁇ 10 ⁇ M TWIST1 forward primer 0.5 ⁇ L ⁇ 10 ⁇ M TWIST1 reverse primer 0.5 ⁇ L ⁇ 5 ⁇ M TWIST1 TaqMan probe 1.0 ⁇ L ⁇ 10 ⁇ M hTERT forward primer 0.5 ⁇ L ⁇ 10 ⁇ M hTERT reverse primer 0.5 ⁇ L ⁇ 5 ⁇ M hTERT TaqMan probe 1.0 ⁇ L ⁇ Water 6.0 ⁇ L For NTC (no template control), use 2 ⁇ L of water instead of enzyme-treated DNA.
  • hTERT is an internal control and is used to detect human DNA regardless of tumor or non-tumor. Since there are no cleavage sites for the restriction enzymes HhaI, HpaII, and BstUI in the PCR amplification region of hTERT, the DNA in that region is not cleaved even when these restriction enzyme treatments are performed on the template DNA. When human-derived DNA is present, hTERT is amplified by PCR without being affected by methylation-sensitive restriction enzyme treatment.
  • FIG. 3A is a graph showing the relationship between the ratio of methylated control DNA (horizontal axis) and the copy number (concentration: vertical axis) of methylated TWIST1 gene and hTERT gene. It was found that there was a positive linear correlation between the percentage of methylated control DNA and the methylated TWIST1 level. On the other hand, since the hTERT gene was not cleaved by a methylation sensitive restriction enzyme, it showed a constant copy number regardless of the mixing ratio of HCT116.
  • FIG. 3B shows “methylated TWIST1 copy number / hTERT copy number” (copy number ratio) when DNAs of various methylation levels were used.
  • the sample HCT was 0%, 1%, 20%, 50
  • the actual TWIST1 methylation levels of%, 80% and 100% were 0.14%, 0.82%, 13.4%, 35.8%, 62.2% and 81.1%, respectively. From the above results, it was confirmed that this method can accurately evaluate the TWIST1 methylation level.
  • 4A and 4B are digital PCR raw data, and one dot indicates the fluorescence amount of one droplet. It supports data reliability.
  • Examples of steps for the simple methylated TWIST1 measurement system of the present case include (1) DNA (biological sample DNA) extraction from biological sample, (2) DNA complex enzyme treatment, (3) digital PCR treatment, And (4) a simple step of counting the number of copies (FIG. 5).
  • DNA was extracted from a stool specimen among biological samples. This is to aim for a more non-invasive, inexpensive and simple test. Feces contain as many as 3-5 ⁇ 10 11 / g bacteria, and 99.99% of DNA in stool is derived from bacteria. That is, human DNA contained in feces is only about 0.01%.
  • Advanced adenoma is an adenoma with a diameter of 1 cm or more, or an adenoma combined with villous components (tubulovillus (tubular villi) or villous (villi)), or high-grade or severe dysplasia (Advanced adenoma) is a benign tumor that is not the above Advanced adenoma (advanced adenoma).
  • Tis is a very early stage (stage 0) colorectal cancer in which the cancer stays in the mucosa and does not reach the submucosa, also known as Carcinoma in situ (intramucosal cancer). It is called "mucosal carcinoma”.
  • Advanced cancer adenoma which is a precancerous condition
  • Tis intracosal cancer
  • CRCcolor colonal cancer
  • a control group means the group which does not have a colon tumor in colon tissue or colon mucosa by endoscopy.
  • Sample and amount 0.2 g each of the above 210 human fecal specimens Kit used: QIAamp Fast DNA Stool Mini Kit (Qiagen).
  • Method Extract DNA according to the protocol (Human DNA analysis) attached to the product. Place 0.2 g of stool specimen into a 2 mL tube. Add 2.1 mL of InhibitEX buffer (attached to the kit) to the stool specimen. Vortex for 1 minute or until the stool specimen is completely suspended. 3. Warm the suspension at 70 degrees for 5 minutes. Vortex for 15 seconds. 4. Centrifuge for 1 minute at 20,000g. 5. Add 25 ⁇ l Proteinase K (supplied with the kit) to a new 1.5 mL tube. 6).
  • Centrifuge at 20,000g for 1 minute Place the QIAamp spin column in a new 2mL collection tube and discard the collection tube containing the filtrate. 12 Carefully open the QIAamp spin column and add 500 ⁇ L of AW2 buffer (included in the kit). Centrifuge for 3 minutes at 20,000g. Discard the collection tube containing the filtrate. 13. Place the QIAamp spin column in a new 2mL collection tube and discard the old collection tube containing the filtrate. Centrifuge for 3 minutes at 20,000g. 14 Transfer the QIAamp spin column to a new 1.5 mL tube and pipet 100 ⁇ L ATE buffer (supplied with the kit) directly onto the QIAamp membrane. After standing at room temperature for 1 minute, centrifuge at 20,000 g for 1 minute to elute the DNA.
  • Digital PCR processing is a method for absolute quantification of the amount of sample DNA as described above.
  • a digital PCR system QX100 Droplet Digital PCR system: BioRad
  • TWIST1 forward primer SEQ ID NO: 4
  • TWIST1 reverse primer SEQ ID NO: 5
  • TWIST1 TaqMan probe SEQ ID NO: 6
  • hTERT forward primer SEQ ID NO: 7
  • hTERT reverse primer SEQ ID NO: 8
  • SEQ ID NO: 10 shows the sequence of the PCR amplification target region of TWIST1.
  • the underline indicates a site that can be cleaved by the restriction enzymes HhaI, HpaII, and BstUI.
  • the following PCR reaction solution is prepared.
  • hTERT is an internal control and is used to detect human DNA in stool DNA.
  • the copy number of methylated TWIST1 is 0.0 to the maximum value of 2.800, 0.0 to the median value, 0.2314 to the average value (sd: 0.6733), and Non-advanced adenoma
  • the methylated TWIST1 copy number is the minimum 0.0-maximum value 11.60, the average value 4.289 (sd: 3.610)
  • the methylated TWIST1 copy number is the minimum Value 0.0-maximum value 240.0, average value 32.38 (sd: 64.70)
  • methylated TWIST1 copy number is minimum value 0.0-maximum value 4700, average value 65.08 (sd : 473.1), the average value increased markedly with progression from normal to non-advanced adenoma, advanced
  • the methylation analysis technique included in the inspection method of this embodiment does not require chemical treatment with DNA bisulfite, which is a process of the prior art, the inspection can be performed very simply.
  • the detection sensitivity can be said to be very high because even a very small amount (1 to 5 copies per 20 ⁇ L) of methylated TWIST1 in stool can be detected.
  • the cost has been reduced because testing can be performed by methylation of only one gene.
  • the degree of methylation of the CpG sequence contained in the sequence shown in SEQ ID NO: 10 is measured, but not limited to this region, the TWIST1 gene Methylation of a CpG sequence contained in a region encoding ⁇ , a region ⁇ 1 to ⁇ 1100 from the start codon of each gene, or a portion of ⁇ 300 to ⁇ 500 from the transcription start point of any of the genes It is considered that the presence or absence of a colorectal tumor in a test subject can be predicted by measuring the degree of.
  • FIG. 8A Proportion of methylated TWIST1-positive patients in each stool sample DNA in the control group, non-advanced adenoma patient group, advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group when the cut-off value is 1 or more:
  • the vertical axis is a graph (FIG. 8A), and the original data is shown in a table (FIG. 8B).
  • 8C shows sensitivity of detection of methylated TWIST1 in each stool specimen DNA in a control group, a non-advanced adenoma patient group, an advanced adenoma / Tis patient group, and a CRC (colon cancer) patient group when the cutoff value is 1 or more. , Specificity, positive predictive value, negative predictive value.
  • “Sensitivity” and “specificity” are indices for evaluating the reliability of clinical tests.
  • the ratio (true positive rate) showing positive (abnormal value) is sensitivity.
  • the ratio (true negative rate) indicating negative (normal value) is the specificity. In other words, the proportion of people who actually get sick is positive, and the proportion of people who are not sick is negative. If the sensitivity of the test is increased, the specificity decreases (false positives increase), and if the specificity is increased, the sensitivity decreases (false negatives increase).
  • a test kit with high sensitivity and specificity is considered highly reliable.
  • a test with high sensitivity tends to be positive, and if it becomes negative with such a test, it means that it can be diagnosed with a very high probability that there is no disease, and can be used for exclusion diagnosis.
  • a test with high specificity tends to be negative, and if it becomes positive in such a test, it means that it can be diagnosed as a disease with a very high probability, and can be used for definitive diagnosis.
  • the percentage of those who are actually ill among those who tested positive is “Positive Predictive Value” (PPV), and the percentage of those who are negative who are not actually afflicted The ratio is called “Negative Predictive Value” (NPV).
  • the specificity is 90% and the non-advanced adenoma patient group has a test sensitivity of 89%, and the advanced adenoma / Tis patient group has a test sensitivity of The test sensitivity of the CRC patient group of 59% was 59%.
  • the cut-off value is 1 or more, it is possible to diagnose with a high probability if there is a large intestine lesion of non-advanced adenoma.
  • the positive rate of the control group is only 10%, and the risk of false positive is smaller than the fecal occult blood test described later. That is, it is possible to avoid a situation in which a person without a lesion in the large intestine has to undergo a close examination.
  • the cut-off value is 1 or more
  • a non-advanced adenoma patient group, an advanced adenoma / Tis patient group, or a CRC cancer group that has advanced further than the control group is detected. It was found to be excellent in sensitivity and specificity. In particular, it has been found that there is a possibility that even early benign adenoma stages can be detected with high accuracy.
  • FIG. 9A Proportion of methylated TWIST1-positive persons in each stool sample DNA in control group, non-advanced adenoma patient group, advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group when cut-off value is 2 or more: positive rate ( A vertical axis
  • FIG. 9A A vertical axis
  • surface FIG. 9B
  • 9C shows the sensitivity of detection of methylated TWIST1 in each stool specimen DNA in a control group, a non-advanced adenoma patient group, an advanced adenoma / Tis patient group, and a CRC (colon cancer) patient group when the cutoff value is 2 or more. , Specificity, positive predictive value, negative predictive value.
  • the specificity was higher at 96%, and the specificity was higher than when the cut-off value was 1 or more.
  • the test sensitivity was 67% for the non-advanced adenoma patient group, 47% for the Advanced adenoma / Tis patient group, 47% for the CRC CRC group, and the positive predictive value was The high values were 75%, 80%, and 97%.
  • the cut-off value is 2 or more
  • a non-advanced adenoma patient group, an advanced adenoma / Tis patient group, or a CRC cancer group that has advanced further than the control group is detected. It was found to be excellent in specificity and relatively high in sensitivity. In particular, it has been found that there is a possibility that even early benign adenoma stages can be detected with high accuracy.
  • FIG. 10A Proportion of methylated TWIST1-positive persons in each stool sample DNA in control group, non-advanced adenoma patient group, advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group when cut-off value is 5 or more: positive rate ( A vertical axis
  • FIG. 10A A vertical axis
  • 10C shows sensitivity of detection of methylated TWIST1 in each stool specimen DNA in a control group, a non-advanced adenoma patient group, an advanced adenoma / Tis patient group, and a CRC (colon cancer) patient group when the cutoff value is 5 or more. , Specificity, positive predictive value, negative predictive value.
  • the specificity is the highest value of 100%.
  • the test sensitivity was about 22% in the non-advanced adenoma patient group, about 47% in the Advanced adenoma / Tis patient group, and about 33% in the CRC cancer group.
  • the positive predictive value was further increased to 100% in any group compared to the case where the cutoff value was 1 or 2 or 2 or more.
  • test results when using the fecal occult blood test method which is a general primary screening for colorectal cancer, are shown.
  • the protocol followed that of the following product.
  • Measurement range 50 to 1,000 ng / mL (converted value in stool: 10 ⁇ g / g to 200 ⁇ g / g).
  • FIG. 11A shows sensitivity, specificity, positive predictive value, and negative predictive value of each occult blood test in the stool specimens of the control group, non-advanced adenoma patient group, advanced adenoma / Tis patient group, and CRC (colon cancer) patient group. It is a table
  • the test sensitivity is 0% (0/9) in the non-advanced adenoma patient group, 41% (7/17) in the advanced adenoma / Tis patient group, It was 95% (79/83) in the CRC (colorectal cancer) patient group.
  • This fecal occult blood test has a slightly higher false positive in the control group (20%), but the specificity is 80%, and the colorectal cancer CRC patient group has a test sensitivity of 95%, both sensitivity and specificity being high. Yes, it was confirmed that it can be used as a test for detecting CRC patients with CRC to some extent.
  • the test sensitivity of the non-advanced adenoma patient group and the advanced adenoma / Tis patient group is as low as 0% and 41%, so even if you are suffering from non-advanced adenoma or advanced adenoma / Tis, you should miss it. There is a very high probability.
  • the number of copies of methylated TWIST1 per 20 ⁇ L of amplified PCR reaction solution is a method for predicting the presence or absence of a colorectal tumor by combining the fecal occult blood reaction results in the occult blood test.
  • fecal occult blood test 10 stool from healthy subjects (Control), 9 from non-advanced adadenoma (non-advanced adenoma) patient stool, 17 from advanced 17adenoma (advanced adenoma) / Tis (mucosal carcinoma) patient stool Samples, 83 CRC (colon cancer) patient stool samples, a total of 119 stool samples were used.
  • the methylated TWIST1 measurement system was performed in the same manner as in Example 3, and the fecal occult blood test was performed in the same manner as in Test Example 1.
  • FIG. 12 shows the data when the FOBT (+) and / or methylated TWIST1 copy number is 1 or more in the combined test of the fecal occult blood test (FOBT) and the fecal DNA methylated TWIST1 test, and the control group , Non-advanced adenoma patient group, advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group, in each stool specimen, graph of positive (Yes) rate and negative (No) rate in the combination test (FIG. 12A) The number of positive (Yes) / negative (No) samples in the combination test (FIG. 12B), and the sensitivity, specificity, positive predictive value, and negative predictive value (FIG. 12C) of the combined test.
  • FIG. 13 shows data when the FOBT (+) and / or methylated TWIST1 copy number is 2 or more in the combined test of the fecal occult blood test (FOBT) and the stool DNA methylated TWIST1 test, and the control group , Non-advanced adenoma patient group, Advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group, in each stool specimen, a graph of positive (Yes) rate and negative (No) rate in the combination test (FIG. 13A), The number of positive (Yes) / negative (No) samples in the combination test (FIG. 13B), and the sensitivity, specificity, positive predictive value, and negative predictive value (FIG. 13C) of the combined test.
  • FOBT fecal occult blood test
  • CRC colon cancer
  • FIG. 14 shows data when the FOBT (+) and / or methylated TWIST1 copy number is 5 or more in the combined test of the fecal occult blood test (FOBT) and the stool DNA methylated TWIST1 test, and the control group , Non-advanced adenoma patient group, advanced adenoma / Tis patient group, CRC (colon cancer) patient group, in each stool specimen, graph of positive (Yes) rate and negative (No) rate in the combination test (FIG. 14A), The number of positive (Yes) and negative (No) samples in the combination test (FIG. 14B), and the sensitivity, specificity, positive predictive value, and negative predictive value (FIG. 14C) of the combined test.
  • FOBT fecal occult blood test
  • CRC colon cancer
  • the specificity is 80% when the fecal DNA methylation TWIST1 copy number is 5 or more.
  • the test sensitivity is as low as 22% in the non-advanced adenoma patient group, but 82% in the Advanced adenoma / Tis patient group and 99% in the CRC cancer group. It was a high value.
  • the positive predictive value was very high at 88% and 98% in the Advanced adenoma / Tis patient group and CRC (colon cancer) patient group, respectively.
  • the false positive rate in the control can be said to be an excellent result at the same level (20%) as in the case of the fecal occult blood test (false positive 20%, FIG. 11A).
  • the combined test method has a false positive rate of 20% in the control (healthy person), and moreover in the CRC (colorectal cancer) patient group.
  • Sensitivity, specificity, positive predictive value and negative predictive value are 95%, 80%, 98%, 67% for fecal occult blood test, and 99%, 80%, 98%, 89% for this combination test.
  • This combination test is higher overall, and the sensitivity, specificity, positive predictive value, and negative predictive value in Advanced adenoma / Tis patients are 41%, 80% in the fecal occult blood test. %, 78%, and 44%, 82%, 80%, 88%, and 73% were higher in this combination inspection method.
  • this combination test method is a very good test method as a primary screening test method, and if the test method is positive, there is a risk of developing colorectal cancer as well as CRC (colon cancer) patients. It was found that Advanced adenoma / Tis patients who can be cured if treated at a high and early stage can be detected with high accuracy and with a very high probability.
  • the methylation analysis technique included in the inspection method of the present embodiment does not require chemical treatment by the bisulfite treatment of DNA, which is a process of the conventional methylation analysis technique.
  • the inspection can be carried out very easily.
  • only a very small amount (about 0.2g) of stool sample is required, and even a very small amount (1-5 copies) of methylated TWIST1 in the stool can be detected. It can be said that the sensitivity is very high.
  • 15A and 15B are a control group, a non-advanced adenoma patient group, an advanced adenoma / Tis patient group, and a stage 1-4 colorectal cancer (CRC) patient group.
  • 6 is a graph showing the results of comparing the copy number or copy number ratio of 20 ⁇ L of methylated TWIST1 in each stool sample DNA (stool DNA) per PCR group. n indicates the number of specimens.
  • ROC curve shows non-advanced adenoma patient group, advanced adenoma / intramucosal cancer (Advanced adenoma / Tis) patient group, and stage 1 to 4 colorectal cancer (CRC) patient group, respectively, for control.
  • the result of ROC curve is shown.
  • the copy number increases as control progresses from non-advanced adenoma, advanced adenoma / mucosal cancer, and stages 1 to 4 colorectal cancer, and not only control and colorectal cancer, but also control and progression.
  • There was also a significant difference in adenoma / mucosal cancer and it was confirmed that not only colon cancer but also advanced adenoma / mucosal cancer could be detected.
  • BMP3 BMP3 forward primer (SEQ ID NO: 11) 5'- GGAAGGTACAGACAGATCTTGAAAACA-3 ' BMP3 reverse primer (SEQ ID NO: 12) 5'-TCCACTCCAACGCTGAGAAA-3 ' BMP3 TaqMan probe (SEQ ID NO: 13) 5'-FAM- CCGGGCCACACAC-TAMRA-3 ' (NDRG4) NDRG4 forward primer (SEQ ID NO: 14) 5'- CCGACCCTAAGGGCTTTTCT -3 ' NDRG4 reverse primer (SEQ ID NO: 15) 5'-CGCTGCCGTAGTCTTTGTTTAGA-3 ' NDRG4 TaqMan probe (SEQ ID NO: 16) 5'-FAM- TCTCTGCAGGTCTAAGG-TAMRA-3 ' (SEPT9) SEPT9 forward primer (SEQ ID NO: 17) 5'-GCCCACCAGCCATCATGT-3 '
  • Table 5 shows the BMP3, NDRG4, and SEPT9 forward primer, reverse primer, TaqMan probe, and sequence of the PCR amplification target region (from the BMP3 gene start codon -333 to -256 region: location information chr4 in the GRCh37 / hg19 database: 81,952,106-81,952,183: SEQ ID NO: 20, -300 to -500 region from NDRG4 gene transcription start point (-24587 to -24446 region from start codon): positional information in GRCh37 / hg19 database chr16: 58,497,096-58,497,237: SEQ ID NO: 21, -14 to +48 region from start codon of SEPT9 gene: Position information in GRCh37 / hg19 database chr17: 75,369,566-75,369,627: SEQ ID NO: 22) is shown.
  • the underline indicates a site that can be cleaved by restriction enzymes HhaI, HpaII, and BstUI.
  • restriction enzymes HhaI, HpaII, and BstUI are methylation sensitive restriction enzymes, when cytosine (C) is methylated, the site is not cleaved.
  • FIGS. 17A and B, FIGS. 18A and B, and FIGS. 19A and B are diagrams showing the copy number and TERT copy number of methylated BMP3, methylated NDRG4, and methylated SEPT9 when DNAs having various methylation levels are used, respectively.
  • FIG. 17B, FIG. 18B, and FIG. 19B are graphs showing the ratios of copy number and TERT copy number of methylated BMP3, methylated NDRG4, and methylated SEPT9 when DNAs having various methylation levels were used, respectively. .
  • the combined enzyme treatment not only TWIST1, but also the BMP3, NDRG4, and SEPT9 gene coding regions, the ⁇ 1 to ⁇ 1100 region from the start codon of any of the genes, or any of the genes It was revealed that the degree of methylation of the CpG sequence within a part of the ⁇ 300 to ⁇ 500 region can be quantitatively measured from the transcription start point of the gene.
  • Methylated BMP3, methylated NDRG4, or methylated SEPT9 was performed in the same experiment as in Example 3. DNA extraction, DNA complex enzyme treatment, digital PCR treatment, and copy number counting were performed in the same manner as in Example 3.
  • 22A and 22B show PCR of methylated NDRG4 in each stool sample DNA (stool DNA) of a control group, a non-advanced adenoma patient group, an advanced adenoma / intramucosal cancer patient group, and a stage 1-4 colon cancer patient group. It is a graph of the result of having compared the copy number or copy number ratio per 20 microliters of reaction liquid according to a group.
  • 24A and 24B show PCR of methylated SEPT9 in each stool sample DNA (stool DNA) of a control group, a non-advanced adenoma patient group, an advanced adenoma / mucosal cancer patient group, and a stage 1-4 colon cancer patient group.
  • FIG. 21, FIG. 23, and FIG. 25 show non-advanced adenoma patient group, advanced adenoma / intramucosal cancer (control) of methylated BMP3, methylated NDRG4, or methylated SEPT9 copy number with respect to control.
  • the results of ROC curves for the Advanced adenoma / Tis patient group and the stage 1 to 4 colorectal cancer (CRC) patient groups are shown.
  • the copy number increases as control progresses from non-advanced adenoma, advanced adenoma / mucosal cancer, and stages 1 to 4 colorectal cancer, and not only control and colorectal cancer, but also control and progression.
  • There was also a significant difference in gonadal / mucosal carcinoma and it was confirmed that not only colon cancer but also advanced adenoma / mucosal carcinoma could be detected.
  • non-advanced adenoma can also be detected using the methylated BMP3 / TERT ratio.
  • DNA serum cell-free DNA
  • automatic nucleic acid extractor MagNA Pure Compact Roche Diagnostics
  • exclusive DNA extraction kit MagNA pure Compact Nucleic Acid Isolation kit I Roche Diagnostics
  • 26A and 26B show 20 ⁇ L of a PCR reaction solution of methylated TWIST1 in each serum cell-free DNA of a control group, a non-advanced adenoma patient group, an advanced adenoma / intramucosal cancer patient group, and a stage 1-4 colon cancer patient group.
  • the inspection method according to the present embodiment is superior in detection sensitivity to the fecal occult blood test for detection of CRC (colon cancer) patient group. Moreover, it was shown that it is a test method that shows high sensitivity and specificity, which is not found in the conventional fecal occult blood test, for detection of the Advanced adenoma / Tis patient group. Furthermore, overall, it is very useful as a screening method because the cost is low, the DNA testing technique is simple and easy, and the amount of stool specimen is small.
  • the test method of this embodiment is excellent in cost performance, simple procedure, high specificity, and high sensitivity for colorectal tumors, in particular, colorectal cancer and Advanced adenoma (advanced adenoma) / Tis (intramucosal cancer). It was proved to be very useful and effective as a primary screening method.
  • kits and devices that detect colon cancers such as colorectal cancer and colorectal adenomas at low cost with high sensitivity and sensitivity. It becomes. This provides a very useful tool in detecting tumors where early detection is paramount, especially cancer and advanced adenomas.

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Abstract

(a)被検対象から採取した生体試料中のDNAを抽出する工程;(b)工程(a)により得られたDNAを、メチル化感受性制限酵素で処理する工程;(c)工程(b)によりメチル化感受性制限酵素で処理したDNAにおけるTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子、又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部を増幅し、該増幅したDNA内の1又は2以上CpG配列のメチル化の程度を測定する工程;(d)工程(c)で測定したメチル化の程度が所定値以上の場合に、被検対象において大腸腫瘍が有ると予測し、該メチル化の程度が所定値未満の場合に、被検対象において大腸腫瘍が無いと予測する工程を順次備え、重亜硫酸塩処理を行わずに、被検対象における大腸腫瘍の有無を予測する。

Description

大腸腫瘍の有無を検査する方法
 本発明は、検査対象者の患部(大腸癌や前癌病変が疑われる組織)以外の生体由来試料を用いた大腸腫瘍の有無を検査する方法や、かかる方法を実施するためのキットに関する。
 厚生労働省が毎年行っている「人口動態統計」によれば、悪性新生物(癌)は、日本人の死因の1位を占めており、2位が心疾患、3位が肺炎である。平成25年度統計結果では、癌による死亡者数は年間36万人を超え、ほぼ3人に1人が癌で死亡していることになる。
 厚生労働省は、癌による死亡者数は、2020年には約45万人以上にまで増加する可能性があるとしている。そして、癌による死亡率(人口10万人に対して)を臓器別に見ると、大腸癌(結腸癌と直腸癌の合計)は、胃癌に次いでワースト2位で、男女別にみると、男性では胃癌に次いでワースト2位、女性では胃癌を上回り、ワースト1位であり、死因における大腸癌の持つ意味も重大である。
 大腸癌は、その罹患率も死亡率も増加傾向にあり、これらの割合を年齢別にみると、男女ともに50歳代から増加し始め、年齢が高くなるにつれて右肩上がりに増加する傾向がある。大腸癌の増加には、高齢化の進展と食生活の欧米化が関与しているのではないかと考えられている。「がん・統計白書」によれば、2015年から2019年までに大腸癌になる人の割合(有病率)は、男性が25万4900人、女性が18万4800人となり、大腸癌によって死亡する人は、男性が2万5800人、女性が2万1900人になると予測されている。
 盲腸、結腸、直腸に発生する大腸腫瘍は、良性腫瘍である大腸腺腫や、悪性度が高く転移性を有する場合もある大腸癌を含む概念であるが、なかでも大腸癌は、我が国において現状2番目に罹患者数の多い癌疾患であって、多くは消化管内面の粘膜上皮細胞の突然変異によって生じることが知られている。粘膜上皮細胞の癌化の主因は細胞増殖を制御するゲノムDNA上の変異であると考えられており、その他環境因子(リスク因子)、遺伝などが癌化に影響する因子として知られている。
 大腸腫瘍の進行は、大腸正常組織に大腸腺腫が増殖することや、前癌状態にある大腸腺腫が新たに癌化することや、癌部より転移した癌細胞が非癌部大腸組織中で増殖して新たに大腸癌組織が形成されることを含む。
 大腸癌は、進行しても自覚症状がないことが多いが、早期であればほぼ完全に治癒するため、自覚症状のない早期に発見することが重要となる。
 まれに、家族性大腸腺腫症(familial adenomatous polyposis:FAP)といわれる常染色体優性遺伝の遺伝疾患がある。この疾患の原因遺伝子はAPC遺伝子であり、この疾患の場合、大腸に徐々に多数の腫瘍を含むポリープが発生し、最終的には大腸癌となる。ポリープが発生し始めるのは10歳前後であり、以降は時間の経過とともに数と大きさが増大する。このポリープから大腸癌が発生する。15歳前後から癌の発生が見られ、40歳では50%、60歳ではほぼ100%の患者に大腸癌を発生することが判明している。治療法としては、基本的に20歳以前に大腸粘膜を全摘することであるが、特有な症状がないため気づかないことが多く、気づいた時には既に致命的な状態になってしまうことになる。
 家族にFAPの患者がいる場合は早期から定期的に検査をして極力早期診断・治療ができるように試みることが必要である。一方、孤発例の場合は、家族に症例がないため定期検査をすることもなく、10歳ころからポリープが発生しても気づかずに、致命的な事態を迎えてしまうことになりかねないため、早期発見の重要性が非常に大きい。そのためには一般的な健康診断でも発見できるように、より簡便で感度の高い検査法の開発が強く望まれている。
 このように、多くの癌と同様、大腸癌も早期の発見がその治療にとっては何より重要であり、これまでに多くの検査手法が開発されてきた。主な検査手法としては便潜血検査、血液検査、直腸指診、大腸内視鏡を用いた診断などがあるが、よく用いられる便潜血検査は早期の癌の検出感度に問題があり、血液検査(血中に含まれる腫瘍マーカー検査)も進行癌でしか陽性にならないという問題があり、また、直腸指診は指の届く範囲内しか診断できないという問題、大腸内視鏡による診断も視認しにくい早期の癌では検出感度が落ちるという問題、等々、それぞれの検査手法においては、特に早期の癌に対する検出感度に関して根本的な課題があった。
 この癌の初期段階においては、まず細胞のゲノムDNAに変異が生じ、その後複数の遺伝子変化を含む多様な事象が蓄積して、段階的に悪性化し癌化するという癌化の多段階説に着目して、DNAや発現産物であるRNAの変異、この中でもDNAのメチル化を癌化の指標にするという癌の検出方法も開発されてきた。
 特許文献1においては癌化と関係のあるヒトDNA配列が開示されており、また、特許文献2においてはAPC、K-ras及びp53遺伝子の変異を指標とする大腸癌の検出方法が、特許文献3においてはAPC及び/又はDCC遺伝子のメチル化を指標とする消化器癌の検出方法等が開示されているが、いずれの手法においても検出感度や特異性、コストの面などで問題があり、臨床的には実用化に至っていないのが現状であった。
 本発明で着目している遺伝子の一つであるTWIST1遺伝子は、ショウジョウバエDrosophila melanogasterの形態形成に関与する転写調節因子TWISTのヒトホモログとして単離された遺伝子であり、H-TWISTやTWIST homolog of Drosophilaの名でも呼ばれる遺伝子である。その実体はBasic helix-loop-helix(bHLH)タイプの転写調節因子であり、一般に発生時における細胞の系譜や分化に関与すると考えられている。TWIST1遺伝子そのもの(コード領域)に生じる変異がSeathre-Chotzen syndromeの原因になることが知られ、近年では上咽頭癌細胞のタキソール耐性獲得に関与していることが示唆されている。
 他方、乳癌患者等における研究において、メチル化感受性PCR又はメチル化特異的PCR(MSP)やQ-PCR法等を用いて、Twist等の各種癌関連遺伝子で高いメチル化が示されたこと(非特許文献1及び2)などが報告されており、また、DNAメチル化阻害剤、脱メチル化剤、及びDNAメチルトランスフェラーゼ活性のアンタゴニストから選ばれるメチル化調節剤を、定型又は悪性細胞を含む異常な乳管上皮細胞を有する患者の乳管に投与する方法が報告されている(特許文献4)。
 しかし、例えば少なくとも一つのCGジヌクレオチドを含むプライマーが使用され、そのうちの一つが3’末端に位置するプライマーが必要とされるメチル化感受性PCR(MSP)法では、メチル化された配列を検出することには優れるが、定量的な検出には向かなかった。
 本件発明者らは、消化器系癌、特に胃癌や大腸癌の組織検体から抽出したDNAを試料として、重亜硫酸塩(亜硫酸水素ナトリウム)処理したのちに、メチル化定量解析技術の1つであるCOBRA(Combined Bisulfite Restriction Analysis)アッセイを行い、癌組織でTWIST1遺伝子プロモーター領域にメチル化が高頻度に起きていることを、他に先駆けて見出した(大腸癌組織検査法:特許文献5)。
 この方法では、重亜硫酸塩処理したDNAにおいては、非メチル化CpGはシトシンからウラシルへと変換されるが、メチル化されたシトシンではこの変換が起こらないという現象を利用している。このため、DNA試料を重亜硫酸塩処理したあと、PCRで増幅後に特定の制限酵素で処理することで、メチル化DNAを鋳型にしたPCR産物は切断されるが、非メチル化DNAを鋳型にしたPCR産物はシトシンがウラシルに変換されることにより切断されないという差を検出する事が可能となり、メチル化DNAと非メチル化DNAの定量を行うことができる。つまり工程としては、(1)被検体組織サンプルからDNAを抽出する、(2)抽出したDNA試料を重亜硫酸塩処理する、(3)PCRで増幅させる、(4)制限酵素処理をする、(5)電気泳動する。(6)電気泳動画像を定量評価する、との構成からなる。
 しかしながら、この方法は、上記TWIST1遺伝子のメチル化検査のために組織サンプルを必要とする検査法であって、当該サンプルを得るために、組織採取という侵襲的な外科的な処置を行わなければならない。その様な処置は対象者の苦痛を伴い、さらに時間もコストもかかり、特にメチル化の程度が低濃度の場合は定量性に欠けるなどの要因から、上記大腸癌組織検査法は研究室レベルの優れた検査方法ではあっても、実用的な検査方法とはいえず、ましてや簡便なスクリーニングとしての検査方法という観点からは、ほど遠いものであった。
 TWIST1遺伝子以外にも大腸癌スクリーニングに関連する遺伝子の研究が進んでおり、例えばBMP3遺伝子、NDRG4遺伝子、及びKRAS遺伝子は、それぞれの遺伝子のメチル化が便潜血検査による大腸癌のスクリーニングの指標として用いられており(非特許文献3)、また、SEPT9遺伝子は、血漿中におけるその遺伝子のメチル化が結腸癌のスクリーニングの指標となることが報告されている(特許文献6)。
 しかしながら、非特許文献3に記載の方法における上記遺伝子を用いた大腸癌のスクリーニングにおいては、便潜血検査と便DNA検査を組み合わせることが必要であった。また、便DNA検査に排出便すべての便検体が必要であるという問題があると共に、実際の臨床検査として運用するには衛生面、検体運搬面での負担が必要となるということや、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子、及びKRAS遺伝子という複数の遺伝子のメチル化を測定するために高価になるという問題があった。また、特許文献6に記載の方法における上記遺伝子を用いた大腸癌のスクリーニングにおいては、血漿検体を用いているが、血漿検体は血清検体に比べて、上澄み成分の採取時、血球成分を採取しないように慎重に作業を行う必要があるので手間がかかり、さらに検体量を3.5mLも必要とするという問題があった。
 ところで、簡便な大腸癌検査といえば、前述したように、健康診断で行う大腸癌一次スクリーニングである便潜血検査(FOBT= Fecal Occult Blood Test)がよく普及している。これは食事制限がなく、苦痛を伴わず簡単にできる検査で、簡便性にとても優れてはいるが、検査感度が13-24%と低いという報告もある。また、便潜血検査で陽性となった陽性者33万人のうち32万人はその後の検査で大腸癌ではなかったという報告もあり、この場合、便潜血検査陽性者の大部分は大腸癌ではないにも拘わらず、次のステップである精密検査へと進まなければならないという事態に追込まれてしまうのである。
 また、便潜血検査陽性者が次に行う精密検査としては、大腸内視鏡検査、注腸X線検査、あるいは血液検査が通常である。このうち、大腸内視鏡検査は、病変部を直接観察できることが大きな特徴で、病変部の位置や大きさが判断でき、さらに、内視鏡下で組織を採り、病理診断や小さな腺腫であれば同時に治療まで可能であるが、苦痛を伴い、検査としては高額である。また、注腸X線検査は、大腸に肛門からバリウム(造影剤)と空気を注入してX線撮影を行う検査であり、検査後のバリウム排泄がうまくいかない場合は、大腸内視鏡検査以上に、苦痛を伴う検査である。
 このように、一次スクリーニングとして行われている便潜血検査は、苦痛も少なく簡便であるが、検査自体の感度や特異度に問題があり、この検査で陽性となった場合、大腸癌の可能性は低いにもかかわらず、次のステップで行われる精密検査が、侵襲的で高価であり、精神的にも肉体的にもコスト的にも負担が大きいという問題があった。また、当該便潜血検査は、大腸癌の可能性を診断する方法であって、この方法による一次スクリーニングでは、前癌状態の大腸腺腫や、ごく初期の大腸癌は検出できずに見逃してしまう確率が大きいという問題があった。
特表2004-527245号公報 特開2007-274926号公報 特開2006-166732号公報 特開2009-96808号公報 国際公開第2010/113529号パンフレット 特表2014-520520号公報
Evron E.et al.2001. Detection of breast cancer cells in ductal lavage fluid by methylation-specific PCR.The Lancet 357:1335-1336. Fackler M.J.et al.2003. DNA methylation of RASSF1A,HIN-1,RAR-b,CYCLIN D2 and TWIST in in situ and invasive lobular breast carcinoma.Int.J.Cancer 107:970-975. Thomas F. Imperiale et al.2014. Multitarget Stool DNA Testing for Colorectal-Cancer Screening. N Engl J Med 370:1287-1297 April 3
 本発明の課題は、上記の現状に鑑み、非侵襲的でコストも安く、簡便な方法で、高感度かつ高特異度を有するDNAメチル化を指標とした、大腸腫瘍、具体的には大腸癌又は大腸腺腫の有無の一次スクリーニング検査方法及びこれを実施するためのキットを提供することにある。
 従来メチル化の程度の測定は、上記したように、DNAを重亜硫酸塩処理後にメチル化レベル測定を行っていた。DNAの重亜硫酸塩処理により非メチル化シトシンはウラシルに変換され、メチル化シトシンはシトシンのまま不変である。このようにメチル化の有無により塩基配列が変化するという性質を利用して各種メチル化アッセイを実施するのが現在の主流であり、以下の様な工程を含む処理を行って、メチル化定量分析を行っていた。
 DNAの亜硫酸水素ナトリウム処理を行う従来例(特許文献5)では、メチル化定量方法として、COBRA(Combined Bisulfite Restriction Analysis)アッセイを用いた。工程としては、(1)外科的切除組織からのDNA抽出、(2)DNAの重亜硫酸塩処理(DNA中のCpG配列における非メチル化シトシンをウラシルに変換)、(3)DNAの精製、(4)重亜硫酸塩処理DNAのメチル化特異的PCR、(5)PCR産物の制限酵素BstUI処理、(6)電気泳動、(7)メチル化定量分析、である。
 従来のDNAの重亜硫酸塩処理は、より詳細には以下の態様であって、煩雑な手技であった。
 メチル化DNAを修飾し、重亜硫酸塩PCR法での解析に供するため、亜硫酸水素ナトリウム処理を行った。上記で精製したDNA2μgに蒸留水を加えて全量を50μLとし、5.5μLの2M NaOHを加えて後、37度で10分間インキュベートした。30μLの10mMヒドロキノン(Sigma社)と520μLの3M 亜硫酸水素ナトリウム(pH5.0,Fisher Scientific)を加え、遮光下で50度、16時間インキュベートした。亜硫酸水素ナトリウム処理したDNA試料を、DNA Cleanup Kit(Promega社)を用いて精製した。精製方法は用法に従った。精製したDNAに3M NaOHを5.5μL添加後、5分間インキュベートし、20mg/mLグリコーゲンを1μL、10M 酢酸アンモニウムを33μL、100%エタノールを260μL添加してエタノール沈澱を行い、エタノール沈澱後に真空乾燥でDNAをペレットにし、これに100μLの蒸留水を加え、30分間ボルテックスを行い溶解させた後、4度にて一晩おき溶解させて、重亜硫酸塩処理DNA試料とした。
 なお、上述したように、非メチル化CpGは重亜硫酸水素ナトリウム処理によりシトシンからウラシルへと変換されるが、メチル化されたシトシンではこの変換が起こらない。このため、制限酵素BstUI処理によって、メチル化「CGCG」を鋳型にしたPCR産物は切断されるが、非メチル化「CGCG」を鋳型にしたPCR産物は切断されないという差を検出する方法である。
 本発明者らは、便検体から抽出したDNA(以下「便DNA」ともいう。)のメチル化解析を、上記重亜硫酸塩処理後のDNAで行っていたが、この方法には、簡便な検査を目的とする場合、以下のような大きな問題があることが判明した。
 つまり、DNAを重亜硫酸塩処理した場合、この処理により、もともと少量であった糞便からの抽出DNA量が一層減少(およそ90%減少)し、さらにDNAが1本鎖の状態になるため構造的に不安定になり、特に、DNA濃度が低い場合は加水分解しやすいことからメチル化解析には適切ではなく、解析のためには多量のDNAが必要であるという問題である。たとえば、定量PCRを行う場合には少なくとも10コピーなければ検出されないが、重亜硫酸塩処理で90%ほどDNAが減少することを考慮すると、被検試料に少なくとも100コピーが必要になるため、被検試料が大量に必要となる。
 このように、便から回収されるヒトDNAは、微量(低濃度)なため、重亜硫酸塩処理により更なる収量の減少やDNAの分解を来すため、その後のメチル化解析が非常に困難であるという問題があった。便DNAでの簡便な検査を実用化するためには、重亜硫酸塩処理を行わずにメチル化の程度が検出可能なメチル化遺伝子解析技術(メチル化遺伝子測定系)の確立が必要であることが判明した。
 そこで本発明者らは、鋭意研究を進めた結果、便又は血清の検体を用い、メチル化TWIST1測定(TWIST1遺伝子の開始コドンより上流領域のメチル化の程度(頻度等)の測定)、メチル化BMP3測定(BMP3遺伝子の開始コドンより上流領域のメチル化の程度(頻度等)の測定)、メチル化NDRG4測定(NDRG4遺伝子の転写開始点より上流領域のメチル化の程度(頻度等)の測定)、メチル化SEPT9測定(SEPT9遺伝子コードする領域の一部のメチル化の程度(頻度等)の測定)を、重亜硫酸塩処理を行わず、所定のメチル化感受性制限酵素処理工程を経て行うことで、被検対象における大腸腫瘍の有無を予測できることを見出し、本発明を完成した。
 すなわち、本発明は、以下に示すとおりのものである。
(1)被検対象における大腸腫瘍の有無を予測する方法であって、以下の工程(a)~(d)を順次備え、重亜硫酸塩処理を行わないことを特徴とする方法。
(a)被検対象から採取した生体試料中のDNAを抽出する工程;
(b)工程(a)により得られたDNAを、メチル化感受性制限酵素で処理する工程;
(c)工程(b)によりメチル化感受性制限酵素で処理したDNAにおけるTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子、又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部を増幅し、該増幅したDNA内の1又は2以上CpG配列のメチル化の程度を測定する工程;
(d)工程(c)で測定したメチル化の程度が所定値以上の場合に、被検対象において大腸腫瘍が有ると予測し、該メチル化の程度が所定値未満の場合に、被検対象において大腸腫瘍が無いと予測する工程;
(2)メチル化感受性制限酵素が、HhaI、HpaII、BstUI、Hpy99I、SacII、SmaI、BssHII、NaeI、RsrII、NotIから選択される少なくとも1種であることを特徴とする上記(1)記載の方法。
(3)工程(b)が、
(b-1)HhaI、HpaII、BstUI、Hpy99I、SacII、SmaI、BssHII、NaeI、RsrII、NotIから選択される少なくとも1種のメチル化感受性制限酵素で処理する工程;
(b-2)工程(b-1)の後、さらにHhaI、HpaII、BstUI、Hpy99I、SacII、SmaI、BssHII、NaeI、RsrII、NotIから選択される少なくとも1種で、かつ工程(b-1)で用いたメチル化感受性制限酵素と異なるメチル化感受性制限酵素で処理する工程;
の2段階の工程であることを特徴とする上記(2)記載の方法。
(4)工程(b-1)が、HhaI、HpaII及びエキソヌクレアーゼI(ExoI)で処理する工程であり、工程(b-2)が、BstUIで処理する工程であることを特徴とする上記(3)記載の方法。
(5)工程(c)においてDNAの増幅をデジタルPCRによって行うことを特徴とする上記(1)~(4)のいずれか記載の方法。
(6)工程(c)におけるTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部が、次の(c1)-(c4)のいずれかであることを特徴とする上記(1)~(5)のいずれか記載の方法。
(c1)配列番号10に示すchr7:19,157,854-19,157,945;
(c2)配列番号20に示すchr4:81,952,106-81,952,183;
(c3)配列番号21に示すchr16:58,497,096-58,497,237;
(c4)配列番号22に示すchr17:75,369,566-75,369,627;
(7)工程(c)におけるTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部の増幅を、次の(c5)-(c8)のいずれかのプライマー対及びプローブのセットを用いて行うことを特徴とする上記(6)記載の方法。
(c5)配列番号4及び5で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号6で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
(c6)配列番号11及び12で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号13で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
(c7)配列番号14及び15で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号16で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
(c8)配列番号17及び18で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号19で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
(8)被検対象から採取した生体試料が被検対象から採取した便であることを特徴とする上記(1)~(7)のいずれか記載の方法。
(9)工程(c)で測定したメチル化の程度と、便潜血検査結果と組み合わせて、被検対象における大腸腫瘍の有無を予測することを特徴とする、上記(1)~(8)いずれか記載の方法。
(10)被検対象から採取した生体試料中のDNAにおけるTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部の1又は2以上CpG配列のメチル化の程度を測定するキットであって、以下の(e)~(h)を備えることを特徴とする大腸腫瘍検査用キット。
(e)被験体中のゲノムDNAを抽出するための試薬;
(f)前記ゲノムDNAを処理するためのメチル化感受性制限酵素;
(g)前記ゲノムDNA中のTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部を増幅するためのプライマー及びプローブセット;
(h)メチル化の程度を分析するための試薬;
(11)工程(g)のTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部が、次の(c1)~(c4)のいずれかであることを特徴とする上記(10)記載のキット。
(c1)配列番号10に示すchr7:19,157,854-19,157,945;
(c2)配列番号20に示すchr4:81,952,106-81,952,183;
(c3)配列番号21に示すchr16:58,497,096-58,497,237;
(c4)配列番号22に示すchr17:75,369,566-75,369,627;
(12)工程(g)のプライマー・プローブセットが、次の(c5)~(c8)のいずれかであることを特徴とする上記(10)又は(11)記載のキット。
(c5)配列番号4及び5で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号6示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
(c6)配列番号11及び12で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号13で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
(c7)配列番号14及び15で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号16で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
(c8)配列番号17及び18で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号19で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
(13)被検対象から採取した生体試料が被検対象から採取した便であることを特徴とする上記(10)~(12)のいずれか記載のキット。
(14)さらに、便潜血検査用容器及び試薬を含むことを特徴とする上記(13)記載のキット。
 本発明を用いれば、便や血清等の生体試料から得られた微量のDNAでも、重亜硫酸塩処理を行わず、簡便でかつ、高い信頼性を持って、大腸腫瘍の有無を検査できる。本件解析技術を用いれば、便潜血検査と同じ便検体を用いて、あるいは、凍結保存しておいた便検体を用いて、大腸腫瘍の有無をスクリーニング検査できる。
 さらに、測定したメチル化の程度と便潜血検査結果とを組み合わせて大腸腫瘍の有無を予測する「組合せ検査法」であれば、改めて便検体を採取することなく、便潜血検査用の便検体を共通利用(再利用)して、大腸腫瘍の有無に関してより感度や特異度の高い検査結果を出すことができ、簡便で、高い信頼性があり、コストも安価な大腸癌一次スクリーニング方法とすることができる。
 以上の様に、本発明を利用することにより、便潜血検査単独スクリーニングに比べて、高感度かつ高い特異度で、大腸腫瘍の有無を予測することができ、あるいは、早期発見がその後の予後に大きく影響する大腸癌や進行腺腫、粘膜内癌の有無を予測することが可能となる。
 更に、この方法を実施するためのキットを用いることにより、簡便に大腸腫瘍の有無を予測する検査が可能となる。
<条件1>種々のメチル化レベルのDNAを用いて、一段階酵素処理、つまり、HhaI、HpaII、ExoI、BstUIで同時処理した場合の電気泳動の結果を示す。 <条件2>種々のメチル化レベルのDNAを用いて、複合型酵素処理、つまり、HhaI、HpaII、ExoI処理後にBstUIで処理した場合の電気泳動の結果を示す。 デジタルPCRでの定量結果を示す。図3Aは、種々のメチル化レベルのDNAを用いて、デジタルPCRにより測定したメチル化TWIST1及びコントロール遺伝子(hTERT)のコピー数、図3Bはコピー数比(メチル化TWIST1コピー数/hTERTコピー数)を示す。 定量的信頼性を示すデジタルPCR生データ。1つのドットが1つのドロップレットの蛍光量を示す。図4Aはメチル化TWIST1遺伝子に関する。図4Bは、コントロール遺伝子(hTERT)に関する。 本発明の実施態様をチャートで示す。 コントロール群、Non-advanced adenoma(非進行腺腫)患者群、Advanced adenoma/Tis(進行腺腫又は粘膜内癌)患者群、CRC(大腸癌)患者群からの便検体DNAにおけるメチル化TWIST1コピー数の比較を群別に比較した結果を表に示す。 図6の結果を、グラフで表す。 カットオフ値1以上でのメチル化TWIST1陽性率を示す。図8Aは、カットオフ値1以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1陽性率をグラフで示す。図8Bはカットオフ値1以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1陽性検体数及び陰性検体数を表で示す。図8Cは、カットオフ値1以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率を示す表である。 カットオフ値2以上でのメチル化TWIST1陽性率を示す。図9Aは、カットオフ値2以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1陽性率をグラフで示す。図9Bは、カットオフ値2以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1陽性検体数及び陰性検体数を表で示す。図9Cは、カットオフ値2以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率を示す表である。 カットオフ値5以上でのメチル化TWIST1陽性率を示す。図10Aは、カットオフ値5以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1陽性率をグラフで示す。図10Bは、カットオフ値5以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1陽性検体数及び陰性検体数を表で示す。図10Cは、カットオフ値5以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率を示す表である。 便潜血検査データを示す。図11Aは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の便検体における各々の潜血陽性(+)率をグラフで示す。図11Bは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における潜血陽性(+)検体数及び潜血陰性(-)検体数を表で示す。図11Cは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における潜血検査の感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率を示す表である。 便潜血検査(FOBT)と便DNAメチル化TWIST1検査との組合せ検査における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数1以上で陽性とした場合のデータを示す。図12Aは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数1以上で陽性とした場合の、組合せ検査での陽性(Yes)率をグラフで示す。図12Bは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数1以上で陽性とした場合の、組合せ検査での陽性(Yes)検体数及び陰性(No)検体数を表で示す。図12Cは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数1以上で陽性とした場合の、組合せ検査の感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率を示す。 便潜血検査(FOBT)と便DNAメチル化TWIST1検査との組合せ検査における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数2以上で陽性とした場合のデータ。図13Aは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数2以上で陽性とした場合の、組合せ検査での陽性(Yes)率をグラフで示す。図13Bは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数2以上で陽性とした場合の、組合せ検査での陽性(Yes)検体数及び陰性(No)検体数を表で示す。図13Cは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数2以上で陽性とした場合の、組合せ検査の感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率を示す。 便潜血検査(FOBT)と便DNAメチル化TWIST1検査との組合せ検査における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数5以上で陽性とした場合のデータ。図14Aは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数5以上で陽性とした場合の、組合せ検査での陽性(Yes)率をグラフで示す。図14Bは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数5以上で陽性とした場合の、組合せ検査での陽性(Yes)検体数及び陰性(No)検体数を表で示す。図14Cは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の便検体における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数5以上で陽性とした場合の、組合せ検査の感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率を示す。 コントロール群、Non-advanced adenoma(非進行腺種)患者群、Advanced adenoma/Tis(進行腺腫又は粘膜内癌)患者群、CRC(大腸癌)患者群からの便検体DNAにおけるメチル化TWIST1コピー数及びコピー数比を群別に比較した結果をグラフで表す。図15Aは縦軸をコピー数、図15Bは縦軸をコピー数比(メチル化TWIST1コピー数/hTERTコピー数)で表したものである。また、グラフ中、数字はMann-Whitney検定によるP値を示す(後述の図20、22、24、26、28も同様)。 図15のデータに基づき、コントロールに対する、非進行腺腫患者群、進行性腺腫/粘膜内癌患者群、及び、進行性腺腫/粘膜内癌患者群それぞれとのROC曲線を作成した結果を示す。図16Aはコントロールに対する非進行腺腫患者群、図16Bはコントロールに対する進行性腺腫/粘膜内癌患者群、図16Cはコントロールに対する大腸癌群である(後述の図21、23、25、27、29も同様)。 デジタルPCRでの定量結果を示す。図17Aは、種々のメチル化レベルのDNAを用いて、デジタルPCRにより測定したメチル化BMP3及びコントロール遺伝子(hTERT)のコピー数、図17Bはコピー数比(メチル化BMP3コピー数/hTERTコピー数)を示す。 デジタルPCRでの定量結果を示す。図18Aは、種々のメチル化レベルのDNAを用いて、デジタルPCRにより測定したメチル化NDRG4及びコントロール遺伝子(hTERT)のコピー数、図18Bはコピー数比(メチル化NDRG4コピー数/hTERTコピー数)を示す。 デジタルPCRでの定量結果を示す。図19Aは、種々のメチル化レベルのDNAを用いて、デジタルPCRにより測定したメチル化SEPT9及びコントロール遺伝子(hTERT)のコピー数、図19Bはコピー数比(メチル化SEPT9コピー数/hTERTコピー数)を示す。 コントロール群、非進行腺種患者群、大腸進行腺腫又は粘膜内癌患者群、大腸癌患者群からの便検体DNAにおけるメチル化BMP3コピー数又はコピー数比を群別に比較した結果をグラフで表す。図20Aは縦軸をコピー数、図20Bは縦軸をコピー数比(メチル化BMP3コピー数/hTERTコピー数)で表したものである。 図20のデータに基づき、コントロールに対する、非進行腺腫患者群、進行腺腫/粘膜内癌患者群、及び、ステージ1~4大腸癌(CRC)患者群それぞれとのROC曲線を作成した結果を示す。 コントロール群、非進行腺種患者群、進行腺腫又は粘膜内癌患者群、大腸癌患者群からの便検体DNAにおけるメチル化NDRG4コピー数又はコピー数比を群別に比較した結果をグラフで表す。図22Aは縦軸をコピー数、図22Bは縦軸をコピー数比(メチル化NDRG4コピー数/hTERTコピー数)で表したものである。 図22のデータに基づき、コントロールに対する、非進行腺腫患者群、進行腺腫/粘膜内癌患者群、及び、ステージ1~4大腸癌患者群それぞれとのROC曲線を作成した結果を示す。 コントロール群、大腸非進行腺種患者群、大腸進行腺腫又は粘膜内癌患者群、大腸癌患者群からの便検体DNAにおけるメチル化SEPT9コピー数又はコピー数比を群別に比較した結果をグラフで表す。図24Aは縦軸をコピー数、図24Bは縦軸をコピー数比(メチル化SEPT9コピー数/hTERTコピー数)で表したものである。 図24のデータに基づき、コントロールに対する、非進行腺腫患者群、進行腺腫/粘膜内癌患者群、及び、ステージ1~4大腸癌患者群それぞれとのROC曲線を作成した結果を示す。 コントロール群、大腸非進行腺種患者群、大腸進行腺腫又は粘膜内癌患者群、大腸癌患者群からの血清セルフリーDNAにおけるメチル化TWIST1コピー数又はコピー数比を群別に比較した結果をグラフで表す。図26Aは縦軸をコピー数、図26Bは縦軸をコピー数比(メチル化TWIST1コピー数/hTERTコピー数)で表したものである。 図26のデータに基づき、コントロールに対する、非進行腺腫患者群、進行腺腫/粘膜内癌患者群、及び、ステージ1~4大腸癌患者群それぞれとのROC曲線を作成した結果を示す。 コントロール群、大腸非進行腺種患者群、大腸進行腺腫又は粘膜内癌患者群、大腸癌患者群からの血清セルフリーDNAにおけるメチル化NDRG4コピー数比(メチル化NDRG4コピー数/hTERTコピー数を群別に比較した結果をグラフで表す。 図28のデータに基づき、コントロールに対する、非進行腺腫患者群、進行腺腫/粘膜内癌患者群、及び、ステージ1~4大腸癌患者群それぞれとのROC曲線を作成した結果を示す。
 本発明の大腸腫瘍の有無を予測する方法としては、
(a)被検対象から採取した生体試料中のDNAを抽出する工程;
(b)工程(a)により得られたDNAを、メチル化感受性制限酵素で処理する工程;
(c)工程(b)によりメチル化感受性制限酵素で処理したDNAにおけるTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子、又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部を増幅し、該増幅したDNA内の1又は2以上CpG配列のメチル化の程度を測定する工程;
(d)工程(c)で測定したメチル化の程度が所定値以上の場合に、被検対象において大腸腫瘍が有ると予測し、該メチル化の程度が所定値未満の場合に、被検対象において大腸腫瘍が無いと予測する工程;
の(a)~(d)を順次備え、重亜硫酸塩処理を行わないことを特徴とする方法であれば特に制限されず、被検対象としては、ヒト、マウス、ラット、ハムスター、モルモット、サル、ウシ、ブタ、ウマ、ウサギ、ヒツジ、ヤギ、ネコ、イヌ等の哺乳動物を挙げることができ、好ましくはヒトを挙げることができる。
 本発明において、大腸腫瘍は、大腸又はその直近の消化管の正常細胞の形質転換により生じる大腸癌又は大腸腺腫を含む概念であり、例えば盲腸癌、結腸癌、直腸癌、盲腸腺腫、結腸腺腫、直腸腺腫が適した例であり、肛門癌、肛門腺腫も含まれるものである。ここで、大腸腺腫は、転移能のない良性腫瘍(非進行腺腫)や、細胞形態異常や構造異型を有する前癌状態の大腸腫瘍(進行腺腫)を意味し、大腸癌は、無限の増殖性や転移性を有する悪性腫瘍を意味する。また、大腸腫瘍の進行は、大腸正常組織に大腸腺腫が増殖することや、前癌状態にある大腸腺腫が新たに癌化することや、癌部より転移した癌細胞が非癌部大腸組織中で増殖して新たに大腸癌組織が形成されることを意味する。
 本発明が大腸腫瘍の有無を予測する方法に関することから、本発明における生体試料は、大腸腫瘍組織以外であって、検出の簡便性を重要視する場合には便、血液、血清、血漿、唾液、尿等を挙げることができ、便又は血清を好適に挙げることができ、便をより好適に挙げることができる。なお、生体試料には、便、血液、血清、血漿、唾液、尿等中に含まれる細胞も含まれる。なお、本発明の方法を用いれば、わずかなDNAのメチル化を検出できるため、例えば便であれば0.05~0.5g、好ましくは0.1~0.3gあれば足り、血液であれば100μL~1mL、好ましくは300μL~500μLあれば足りる。
 生体試料中のDNAを抽出する方法としては、フェノール抽出法、フェノール・クロロホルム抽出法、アルカリ溶解法等や、市販のDNA抽出試薬を用いる方法を挙げることができる。
 本発明におけるメチル化感受性制限酵素としては、識配列中のCpGのメチル化/非メチル化を区別可能な制限酵素であれば特に制限されず、現在100以上の酵素が知られており、例えば、認識配列が4塩基のHhaI(GCG/C)、HpaII (C/CGG)、BstUI (CG/CG)、認識配列が5塩基のHpy99I (CGWCG/)、認識配列が6塩基のSacII(CCGC/GG)、SmaI(CCC/GGG)、BssHII(G/CGCGC)、NaeI(GCC/GGC)、認識配列が7塩基のRsrII (CG/GWCCG)、認識配列が8塩基のNotI(GC/GGCCGC)を挙げることができる。なお、制限酵素の製造メーカーによって、BstUIはBsh1236Iという名称でも販売されている。
 上記メチル化感受性制限酵素は、単独で用いてもよく、2種類、3種類、4種類、又は5種類以上組み合わせて用いることもでき、3種類以上組み合わせることが、好ましく、HhaI、HpaII及びBstUIの3種を組み合わせることを挙げることができる。
 また、上記メチル化感受性制限酵素で処理する際には、鋳型DNA中に一本鎖DNAが存在すると、その一本鎖DNAは制限酵素による切断を免れるため、その後のPCR反応で増幅してしまい、偽陽性を引き起こす。これを避けるために、一本鎖DNAを除去するためにエキソヌクレアーゼI(ExoI)を加えることが好ましい。
 メチル化感受性制限酵素で処理する工程としては、抽出した生体試料中のDNAを上記メチル化感受性制限酵素で処理すればよいが、より生体試料中のDNAを切断できる観点から、(b-1)HhaI、HpaII、BstUI、Hpy99I、SacII、SmaI、BssHII、NaeI、RsrII、NotIから選択される少なくとも1種のメチル化感受性制限酵素で処理する工程;(b-2)工程(b-1)の後、さらにHhaI、HpaII、BstUI、Hpy99I、SacII、SmaI、BssHII、NaeI、RsrII、NotIから選択される少なくとも1種で、かつ工程(b-1)で用いたメチル化感受性制限酵素と異なるメチル化感受性制限酵素で処理する工程;の2段階の工程(以下、「複合型酵素処理」ともいう)であることが好ましく、工程(b-1)が、HhaI、HpaII及びエキソヌクレアーゼI(ExoI)で処理する工程であり、工程(b-2)が、BstUIで処理する工程であることがより好ましい。なお、後述の実施例1の条件1にあるような、HhaI、HpaII、ExoI、BstUI同時処理の場合は、「一段階酵素処理」としてこれと区別した。
 本発明において、TWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子、又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部とは、(1)TWIST1遺伝子をコードする領域、前記TWIST1遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記TWIST1遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部、(2)BMP3遺伝子をコードする領域、前記BMP3遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記BMP3遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部、(3)NDRG4遺伝子をコードする領域、前記NDRG4遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記NDRG4遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部、(4)SEPT9遺伝子をコードする領域、前記SEPT9遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記SEPT9遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部、の(1)~(4)のいずれかを意味する。
 本発明において、TWIST1遺伝子をコードする領域、前記TWIST1遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記TWIST1遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部としては、好ましくはTWIST1遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域の一部、より好ましくはTWIST1遺伝子の開始コドンより約1000bp上流領域、さらに好ましくはTWIST1遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域の一部であって、かつ配列番号10に示すTWIST1遺伝子の開始コドンより-910~-1001領域の配列(GRCh37/hg19データベースでの位置情報chr7:19,157,854-19,157,945)中の15、17、30、61、63、66、68、又は90番目のシトシン(c)を含む配列、さらに好ましくはTWIST1遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域の一部であって、かつ配列番号10に示す配列中の15、17、30、61、63、66、68、及び90番目のシトシンを含む配列、最も好ましくは配列番号10に示す配列を挙げることができる。
 本発明において、BMP3遺伝子をコードする領域、前記BMP3遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記BMP3遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部としては、好ましくは前記BMP3遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域の一部、より好ましくは前記BMP3遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域の一部であって、かつ配列番号20に示すBMP3遺伝子の開始コドンより-333~-256領域の配列(GRCh37/hg19データベースでの位置情報chr4:81,952,106-81,952,183)中の30、44、又は46番目のシトシンを含む配列、さらに好ましくは、前記BMP3遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域の一部であって、かつ配列番号20に示す配列中の30、44、及び46番目のシトシンを含む配列、最も好ましくは配列番号20に示す配列を挙げることができる。
 本発明において、NDRG4遺伝子をコードする領域、前記NDRG4遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記NDRG4遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部としては、好ましくは前記NDRG4遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部、より好ましくは前記NDRG4遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部であって、かつ配列番号21に示すNDRG4遺伝子transcript variant 1の転写開始点より-312~-453領域(開始コドンより-24587~-24446領域)の配列(GRCh37/hg19データベースでの位置情報chr16:58,497,096-58,497,237)中の52、54、66、68、74、又は76番目のシトシンを含む配列、さらに好ましくはNDRG4遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部であって、かつ配列番号21に示すNDRG4遺伝子transcript variant 1の転写開始点より-312~-453領域の配列中の52、54、66、68、74、及び76番目のシトシンを含む配列、最も好ましくは配列番号21に示す配列を挙げることができる。
 本発明において、SEPT9遺伝子をコードする領域、前記SEPT9遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記SEPT9遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部としては、好ましくはSEPT9遺伝子をコードする領域の一部、より好ましくはSEPT9遺伝子をコードする領域の一部であって、かつ配列番号22に示すSEPT9遺伝子transcript variant 2開始コドンより-14~+48領域の配列(GRCh37/hg19データベースでの位置情報chr17:75,369,566-75,369,627)中の26、28、35、又は37番目のシトシンを含む配列、さらに好ましくは、SEPT9遺伝子をコードする領域の一部であって、かつ配列番号22に示すSEPT9遺伝子transcript variant 2開始コドンより-14~+48領域の配列中の26、28、35、及び37番目のシトシンを含む配列、最も好ましくは配列番号21に示す配列を挙げることができる。
 本発明において、開始コドンとは、mRNAがタンパク質に翻訳されるとき、タンパク質合成の開始点となるコドンを意味し、かかる開始コドンのアデニン(A)の位置を「+1」とし、かかるアデニンの一塩基上流の位置を「-1」とする。また、転写開始点とは、転写の際のmRNAの転写の開始点を意味し、かかる転写開始点の位置を「+1」とし、かかる転写開始点の一塩基上流の位置を「-1」とする。
 DNAの増幅方法としては、デジタルPCR法、定量PCR法、PCR法、LAMP法、qAMP法を挙げることができ、デジタルPCR法を好適に挙げることができる。増幅する配列の長さとしては、20~300塩基、好ましくは30~200塩基、より好ましくは50~150塩基を挙げることができる。
 本発明の工程(c)において、増幅した領域内の1又は2以上CpG配列のメチル化の程度を測定する方法としては、デジタルPCR法、定量PCR法、qAMP法、LAMP法、CGH法を挙げることができるが、なかでもデジタルPCR法を好適に挙げることができる。また、DNAの増幅とメチル化の程度の測定を上記方法により同時に行ってもよい。すなわち、例えば定量PCR、LAMP法、qAMP法によってDNAの増幅とメチル化の程度の測定を同時に行ってもよい。
 メチル化の程度を測定する際には、増幅した領域内の1又は2以上CpG配列のメチル化の程度を測定すればよいが、増幅した領域内のすべてのCpG配列のメチル化の程度を測定することが好ましい。
 「デジタルPCR」は、サンプルDNA量を絶対定量する方法である。この方法では、サンプルDNAを約2万個の小水滴(ドロップレット)に分画し、サーマルサイクラーを用いてPCRを行う。ターゲットDNAが入っている小水滴は光り、入っていない小水滴は変化しない。光っている小水滴と光っていない小水滴の数をカウントすることでサンプル中の測定対象遺伝子の濃度を絶対的な数値として出すことができるという原理である。データは、小水滴(ドロップレット)のターゲットDNAのアリ/ナシで判断することから、それがデジタル信号の1/0と同じなので「デジタルPCR」という。「コピー数カウント」は、ドロップレットリーダーによって、上記2万個の小水滴(ドロップレット)を一つずつ蛍光量測定し、蛍光を発するドロップレットの数をカウントすることで、遺伝子のコピー数の絶対値計測する工程を意味する。
 メチル化の程度は、所定の生体試料から抽出したDNA当たりのメチル化DNAコピー数で求める方法や、所定のPCR反応液当たりのメチル化DNAコピー数で求める方法や、内部コントロールに対するメチル化DNAの比率で求める方法等を挙げることができる。内部コントロールに対するメチル化DNAの比率は、特に生体試料が便の場合において、ヒトの細胞がほとんど含まれていない場合に偽陰性となることを防ぐ点や、DNA抽出用便検体の正味重量の軽重に関わらずにヒト遺伝子メチル化レベルを正確に測定できる点や、便の量が変化しても得られる比は理論上同じとなることから、便重量が一定でなくてもよいという点で有用である。なお、内部コントロールとしては、PCR増幅領域内にメチル化感受性制限酵素による切断部位を有さないヒトのDNAであればよく、ヒトTERTやRNasePを挙げることができる。
 被検対象における大腸腫瘍の有無は、上述で測定したメチル化の程度が所定値以上の場合に、被検対象において大腸腫瘍が有ると予測し、該メチル化の程度が所定値未満の場合に、被検対象において大腸腫瘍が無いと予測することができる。
 たとえば、メチル化の程度を所定の生体試料から抽出したDNA当たりのメチル化DNAコピー数で求めた場合の例として、被検対象から得られた便4mgから得られたDNA当たりのメチル化DNAコピー数が1以上、2以上、3以上、4以上、又は5以上の場合に、被検対象において大腸腫瘍が有ると予測し、該メチル化DNAコピー数が1未満、2未満、3未満、4未満、又は5未満の場合に、被検対象において大腸腫瘍が無いと予測する方法を挙げることができる。
 また、メチル化の程度を所定のPCR反応液当たりのメチル化DNAコピー数で求めた場合の例として、PCR反応液20μL当たりのメチル化DNAコピー数が1以上、2以上、3以上、4以上、又は5以上の場合に、被検対象において大腸腫瘍が有ると予測し、該メチル化DNAコピー数が1未満、2未満、3未満、4未満、又は5未満の場合に、被検対象において大腸腫瘍が無いと予測する方法を挙げることができる。
 さらに、メチル化の程度を内部コントロールに対するメチル化DNAの比率で求めた場合の例として、被検対象から得られた便4mgから抽出したDNA当たりのメチル化DNAコピー数/被検対象から得られた便4mgから抽出したDNA当たりのTERT遺伝子のコピー数比が、メチル化TWIST1/TERT比の場合が0.11以上、メチル化BMP3/TERT比の場合が0.013以上、メチル化NDRG4/TERT比の場合が0.037以上、又はメチル化SEPT9/TERT比の場合が0.071以上であれば、被検対象において大腸腫瘍が有ると予測し、該メチル化DNAコピー数比がメチル化TWIST1/TERT比の場合が0.11未満、メチル化BMP3/TERT比の場合が0.013未満、メチル化NDRG4/TERT比の場合が0.037未満、又はメチル化SEPT9/TERT比の場合が0.071未満であれば、被検対象において大腸腫瘍が無いと予測する方法を挙げることができる。
 また本発明の大腸腫瘍の有無を予測する検査方法は、1)便検体からゲノムDNAを抽出する工程(a’)、2)工程aで得られた便DNAをメチル化感受性制限酵素処理(又は複合型酵素処理)する工程(b’)、3)TWIST1遺伝子の開始コドンより-910~-1001領域に含まれるCpG部位を、複数のプライマーでデジタルPCR法を用いて増幅し、増幅産物におけるメチル化DNAのコピー数をカウント(メチル化パターンを分析)する工程(c’)、4)メチル化DNAのPCR反応液20μL当たりのコピー数をカウントして、所定値以上であれば、大腸癌や大腸腫瘍が有るとの予測結果を出す工程(d’)の各工程を含む方法でもよい。
 本発明の大腸腫瘍検査用キットとしては、被検対象から採取した生体試料中のDNAにおけるTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部のメチル化の程度を測定するためのキットであって、
(e)被験体中のゲノムDNAを抽出するための試薬;
(f)前記ゲノムDNAを処理するためのメチル化感受性制限酵素;
(g)前記ゲノムDNA中のTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部を増幅するためのプライマー及びプローブセット;
(h)メチル化の程度を分析するための試薬;
を備えるものであれば特に制限さない。具体的なキットの構成としては、例えば(1)DNAの抽出工程に係る試薬や備品であって、特に、便や血清等の生体試料からのDNAを抽出するための試薬や備品等、(2)メチル化感受性制限酵素、その酵素反応のための緩衝液、(3)DNA増幅を行うための試薬や備品、すなわちターゲットとするCGCG配列、CCGG配列、GCGC配列、CCGCGG配列、CCCGGG配列、GCGCGC配列、GCCGGC配列、CGGWCCG配列、及び/又はGCGGCCGC等の配列を含む領域を増幅可能なプライマー・プローブセットと、増幅のための酵素や緩衝液等、(4)DNAのメチル化を測定するための試薬類等、を含むキットを挙げることができる。それぞれの工程に必要な試薬類等については、常法として論文等で開示されている手法の他、市販のキット、例えば、便からのDNA抽出にはQIAamp Stool DNA Isolation Kit(Qiagen社製)を用いてDNAの抽出を行ってもよいし、QIAamp Fast DNA Stool Mini Kit(Qiagen社製)等も使用可能である。
 本発明において、DNAの増幅に用いるプライマーとしては、TWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子、又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部の配列情報に基づいて適宜設計し、適当なオリゴヌクレオチド合成装置を用いて適宜作製することができ、上記領域に存在する1又は2以上のCpG配列を増幅できるように設計されていれば、その位置、長さ等に特に制限されないが、長さとしては10~50mer、好ましくは15~30merを挙げることができる。
 本発明において、プローブとしては、増幅したDNAの一部又は全てにハイブリダイズ可能な核酸プローブであればよく、適当なオリゴヌクレオチド合成装置を用いて適宜作製することができ、その長さは特に制限されないが、7~30mer、好ましくは10~20merを挙げることができる。また、上記プローブは蛍光標識されていることが好ましい。
 例えば、後述の実施例にある様に、配列番号10に示されるヌクレオチド配列中に位置するCGCG配列、CCGG配列、及びGCGC配列の全てのメチル化を標的とするための配列番号4及び5で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号6で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブの組み合わせ(メチル化TWIST1測定用プライマー・プローブセット:)や、配列番号20に示されるヌクレオチド配列中に位置するCGCG配列及びCCGG配列の全てのメチル化を標的とするための配列番号11及び12で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号13で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブの組み合わせ(メチル化BMP3測定用プライマー・プローブセット)や、配列番号21に示されるヌクレオチド配列中に位置するCGCG配列及びGCGC配列の全てのメチル化を標的とするための配列番号14及び15で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号16で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブの組み合わせ(メチル化NDRG4測定用プライマー・プローブセット)や、配列番号22に示されるヌクレオチド配列中に位置するCGCG配列及びGCGC配列の全てのメチル化を標的とするための配列番号17及び18で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号19で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブの組み合わせ(メチル化SEPT9測定用プライマー・プローブセット)を好適に示すことができる。
 以下に本件の実施例を示すが、本発明は実施例にのみ限定されるものではない。
(酵素処理条件の検討)
 まず、DNAの酵素処理に関連し、酵素処理条件の違いによるメチル化解析に与える影響について以下のような2つの条件で検討を行った。
 条件1:DNAの酵素処理:HhaI、HpaII、ExoI、BstUI同時処理(「一段階酵素処理」という。)
 条件2:DNAの酵素処理:HhaI、HpaII、ExoI処理後にBstUI処理(「複合型酵素処理」という。)
 なお、ここで、HhaI、HpaII、及びBstUIは、上述した様にメチル化感受性制限酵素、ExoIは、3' → 5'一本鎖エキソヌクレアーゼ(Exonuclease I)で、不要な一本鎖DNAを分解する酵素である。
 サンプルDNA試料の作製
(TWIST1メチル化コントロールDNA試料の作製)
 TWIST1メチル化アレルのコントロールとして、TWIST1が高レベルにメチル化していることが既知のHCT116由来DNA(メチル化コントロールDNA)を用いた。大腸癌細胞株HCT116を1.5mLチューブに移し、核酸抽出剤SepaGene(三光純薬社)を用いた核酸抽出を行った。抽出法は用法に従った。抽出により得られた核酸のペレットを風乾させ、TEバッファーを100μL加えて溶解したものを、TWIST1メチル化コントロールDNA試料とした。
(TWIST1非メチル化コントロールDNA試料の作製)
 TWIST1非メチル化アレルのコントロールとして、TWIST1メチル化がほとんどないことが既知の末梢血リンパ球由来DNA(非メチル化コントロールDNA)を用いた。抗凝固剤EDTA-2Naの入った採血管を用い、採取した末梢血に0.2%NaClを加えて転倒混和後、2500rpm、5分間遠心した。管底に沈澱させた白血球を吸わないようアスピレーターで上清を除去し、この操作をペレット(白血球)が白くなるまでくり返した。白くなったペレットを1.5mLチューブに移し、核酸抽出剤SepaGene(三光純薬社)を用いた核酸抽出を行った。抽出法は用法に従った。抽出により得られた核酸のペレットを風乾させ、TEバッファーを100μL加えて溶解したものを、TWIST1非メチル化コントロールDNA試料とした。
 上記メチル化コントロールDNAと非メチル化コントロールDNAを種々の割合で混合して、末梢血リンパ球由来DNAに対するHCT116由来DNAの混合割合(メチル化コントロールDNA配合率)が、0%、0.001%、0.01%、0.1%、1%、10%、50%、100%のDNAサンプルを用意した。
 表1は、各サンプルでのメチル化コントロールDNA配合率と、大腸癌細胞株HCT116由来DNA(メチル化TWIST1コントロール)と末梢血リンパ球由来DNA(非メチル化TWIST1コントロール)の混合比率との関係を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 次に、以下の2条件で、メチル化感受性制限酵素を含む酵素処理を行った。ExoIは、エキソヌクレアーゼである。
<条件1>DNAの一段階酵素処理:HhaI、HpaII、ExoI、BstUI同時処理
1.1.5 mLチューブにDNAを10 μL入れる。
2.GeneAmp PCR buffer II (N808-0241に添付, Life technologies社)を1 μL加える。
3.25 mM MgCl2 溶液(N808-0241に添付, Life technologies社)を1 μL 加える。
4.HhaI (ER1851, Thermo社)を1 μL (10U)加える。
5.HpaII (ER0512, Thermo社)を1 μL (10U)加える。
6.ExoI (EN0581, Thermo社)を1 μL (20U)加える。
7.BstUI (R0518L, New England BioLabs社)を1 μL (10U)加える。
8.ピペッティングで混ぜる。
9.37度16時間加温する。
10.60度16時間加温する。
11.98度10分加温する。
<条件2>DNAの複合型酵素処理:HhaI、HpaII、ExoI処理後にBstUI処理
1.1.5 mLチューブにDNAを10 μL入れる。
2.GeneAmp PCR buffer II (N808-0241に添付, Life technologies社)を1 μL加える。
3.25 mM MgCl2 溶液(N808-0241に添付, Life technologies社)を1 μL 加える。
4.HhaI (ER1851, Thermo社)を1 μL (10U)加える。
5.HpaII (ER0512, Thermo社)を1 μL (10U)加える。
6.ExoI (EN0581, Thermo社)を1 μL (20U)加える。
7.ピペッティングで混ぜる。
8.37度16時間加温する。
9.1 μL (10U) BstUI (R0518L, New England BioLabs社)を加える。
10.60度16時間加温する。
11.98度10分加温する。
(PCR反応による増幅)
 PCR反応に用いるプライマー(プライマーセット)は以下のとおりである。
・TWIST1 フォアードプライマー 1(配列番号1)
  5’- GTCCTGGGCGTTTCTGAAG - 3’
・TWIST1リバースプライマー 1(配列番号2)
  5’- CAGAAGGGCGAGAGAGC - 3’
 このプライマー対による増幅領域は、TWIST1遺伝子の開始コドンから約1000bp上流(TWIST1遺伝子開始コドンより-944~-1021領域内であり、GRCh37/hg19データベース上ではchr7:19,157,888-19,157,965)の以下の配列領域である(PCR産物のサイズ:78bp)。
(配列番号3) 5’- GTCCTGGGCG TTTCTGAAGA CGTGGCCGCG CCGCGGGGGC
TGAGGATTTG CGTCCCGGCC TGCTCTCTCG CCCTTCTG -3’
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3中、下線部は下記のメチル化感受性制限酵素の認識部位を示す。制限酵素の切断領域は、HhaIは、GCGC、HpaIIは、CCGG、BstUIは、CGCGである。
1.以下のPCR反応液を作製する。
 酵素処理済みDNA             2 μL
・10x GeneAmp PCR buffer II        1 μL
・25 mM MgCl2               0.8 μL
・10 mM dNTPs               1.0 μL
・10 μM TWIST1 フォワードプライマー1   0.5 μL
・10 μM TWIST1 リバースプライマー1    0.5 μL
・AmpliTaqGold               0.05 μL
・水                    4.15 μL
 2.以下の条件でPCR反応を行う。
  ・95度 10分
  ・40サイクル:95度30秒、60度30秒、72度30秒
  ・72度 4分
(電気泳動によるPCR産物の確認)
 テンプレートDNAはメチル化感受性制限酵素で処理されているため、各制限酵素の認識配列がメチル化されていれば制限酵素で切断されずに78bpのPCR増幅産物のバンドが観察されるが、認識部位がメチル化されていなければ制限酵素で切断されてバンドが観察されないとの原理を利用して、メチル化DNAの有無とその割合がバンドの有無とその濃さで判断することができる。
 得られたPCR産物を、エチジウムブロマイドを含有する3%アガロースゲル電気泳動で確認した。上記電気泳動結果から、<条件1>のDNAの酵素処理、つまり種々のメチル化レベルのDNAを用いて、HhaI、HpaII、ExoI、BstUIで同時処理した場合は、メチル化レベル0%のサンプルにもかかわらず、テンプレートDNAの切断が不完全なため、PCRによる増幅が認められた(図1)。また、メチル化のレベルとバンドの濃さとの相関が十分ではなかった。一方、<条件2>のDNAの酵素処理、つまり種々のメチル化レベルのDNAを用いて、HhaI、HpaII、ExoI処理後にBstUIで処理した場合は、メチル化レベル0%のサンプルではテンプレートDNAがほぼ切断されており、PCRによる増幅が認められなかった(図2)。また、メチル化レベルとバンドの濃さとの相関が全体的にみられた。したがって、複合型酵素処理を行えばDNAの切断が適切に行われ、メチル化レベルをより正確に定量できることが明らかとなった。
 以上のことから、重亜硫酸塩処理しないDNAを用いる以下の実施例では、DNAを酵素処理する際には、条件2の方法、つまりHhaI、HpaII、ExoI処理後にBstUIで処理する、複合型酵素処理方法を用いることとした。
(デジタルPCR用プライマーとTWIST1メチル化レベル定量性の検討)
 TWIST1が高レベルにメチル化していることが既知のDNA(大腸癌細胞株HCT116由来DNA:メチル化コントロールDNA)と、TWIST1メチル化がほとんどないことが既知のDNA(末梢血リンパ球由来DNA:非メチル化コントロールDNA)を種々の割合で混合した(表4)。このDNAを複数のメチル化感受性制限酵素処理及びエキソヌクレアーゼ処理(複合型酵素処理)後、設計したプライマー及びプローブを用いてデジタルPCRによるメチル化レベル定量性を検討した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
(1)サンプルDNA試料の作製
 実施例1と同様に、TWIST1が高レベルにメチル化していることが既知のHCT116由来DNAと、TWIST1メチル化がほとんどないことが既知の末梢血リンパ球由来DNAを種々の割合で混合して、HCT116の混合割合が末梢血リンパ球由来DNAに対して、0%、1%、20%、50%、80%、100%のDNAサンプルを用意した(表4)。
 (2)DNAの複合型酵素処理:HhaI、HpaII、ExoI処理後にBstUI処理
 実施例1の<条件2>と同じ条件で、制限酵素を含む酵素処理を行った。なお、ExoIはエキソヌクレアーゼである。
 <プロトコール>
1.1.5 mLチューブにDNAを10 μL入れる。
2.GeneAmp PCR buffer II (N808-0241に添付, Life technologies社)を1 μL加える。
3.25 mM MgCl2 溶液(N808-0241に添付, Life technologies社)を1 μL 加える。
4.HhaI (ER1851, Thermo社)を1 μL (10U)加える。
5.HpaII (ER0512, Thermo社)を1 μL (10U)加える。
6.ExoI (EN0581, Thermo社)を1 μL (20U)加える。
7.ピペッティングで混ぜる。
8.37度16時間加温する。
9.1 μL (10U) BstUI (R0518L, New England BioLabs社) を加える。
10.60度16時間加温する。
11.98度10分加温する。
 なお、メチル化感受性制限酵素のHhaI、HpaII、BstUIによる切断部位は、それぞれ順に、「GCGC」、「CCGG」、「CGCG」である。
(3)デジタルPCR処理
「デジタルPCR」は、上述した様に、サンプルDNA量を絶対定量する方法である。ここでは、デジタルPCRシステム(QX100 Droplet Digital PCRシステム:BioRad社を用いた。
<プライマー・プローブセット>
 用いたプライマー・プローブは、以下のとおりである(表2)。
(TWIST1)
TWIST1 フォアードプライマー
(配列番号4) 5’- TCCAAAGGCCAAACCGC-3’
TWIST1 リバースプライマー
(配列番号5) 5’-CCGGGACGCAAATCCTC-3’
TWIST1 TaqManプローブ
(配列番号6) 5’-FAM-CTGAAGACGTGGCCGCGCC-TAMRA-3’
(内部コントロール)
hTERT フォアードプライマー
(配列番号7) 5’-GGGTCCTCGCCTGTGTACAG-3’
hTERT リバースプライマー
(配列番号8) 5’-CCTGGGAGCTCTGGGAATTT-3’  
hTERT TaqManプローブ
(配列番号9) 5’-VIC-CACACCTTTGGTCACTC-MGB-3’
 配列番号10(表3)は、TWIST1のPCR増幅対象領域の配列(TWIST1遺伝子開始コドンより-910~-1001領域:GRCh37/hg19データベースでの位置情報chr7:19,157,854-19,157,945)を示す。表3中、下線は制限酵素HhaI, HpaII, BstUIにより切断される可能性のある部位を示す。ただしこれらの制限酵素はメチル化感受性制限酵素であるため、シトシン(C)がメチル化されていると、その箇所は切断されない。
(配列番号10) 5’- TCCAAAGGCC AAACCGCGGC GGCCCAGCCC GGAGGTCCTG
GGCGTTTCTG AAGACGTGGC CGCGCCGCGG GGGCTGAGGA TTTGCGTCCC GG -3’
 <デジタルPCRプロトコール>
1.以下のPCR反応液を作製する。
・酵素処理済みDNA                 2 μL
・ddPCR Supermix for probes (#186-3010, BioRad) 10 μL
・10 μM TWIST1 フォワードプライマー      0.5 μL
・10 μM TWIST1 リバースプライマー       0.5 μL
・5 μM TWIST1 TaqManプローブ          1.0 μL
・10 μM hTERT フォワードプライマー       0.5 μL
・10 μM hTERT リバースプライマー        0.5 μL
・5 μM hTERT TaqManプローブ          1.0 μL
・水                      6.0 μL
 なお、NTC (no template control)については酵素処理済みDNAの代わりに水2 μLを使用する。
2.ドロップレット作製
・PCR反応液をAutoDGシステム (BioRad社)にセットし、ドロップレットを作製する。
3.PCR反応(サーマルサイクラー)
・95度10分
・40サイクル(94度30秒、56度1分、ランプ速度2度/秒)
・98度10分
(4)コピー数カウント
 QX100 Droplet Digital PCRシステムのDroplet Reader(BioRad社)にPCR反応済み検体をセットし、各液滴内のTaqManプローブ由来の蛍光色素を検出することで、hTERT及びメチル化TWIST1のコピー数をカウントする。hTERTは内部コントロールであり、腫瘍・非腫瘍に関わらず、ヒトDNAを検出するために用いる。hTERTのPCR増幅領域には制限酵素HhaI, HpaII, BstUIの切断部位が存在しないため、テンプレートDNAにこれらの制限酵素処理を行っても当該領域のDNAは切断されない。ヒト由来DNAが存在する場合は、メチル化感受性制限酵素処理の影響を受けることなく、PCRによりhTERTが増幅される。
(結果)
<デジタルPCRでの定量性>図3A,B、図4A,B
 図3Aはメチル化コントロールDNAの割合(横軸)とメチル化TWIST1遺伝子及びhTERT遺伝子のコピー数(濃度:縦軸)の関係を示した図である。メチル化コントロールDNAの割合とメチル化TWIST1レベルに正の直線的な相関があることが分かった。一方で、hTERT遺伝子はメチル化感受性制限酵素で切断されないため、HCT116の混合比率に関わらず、一定のコピー数を示した。
 図3Bは、種々のメチル化レベルのDNAを用いた場合の、「メチル化TWIST1コピー数/hTERTコピー数」(コピー数比)を示す。ここで、TWIST1メチル化がほとんどないサンプルとして使用した末梢血リンパ球由来DNAは、実際は、TWIST1メチル化レベルが0.14%であったことから、サンプルHCT 0%、1%、20%、50%、80%、100%の実際のTWIST1メチル化レベルは、順に0.14%、0.82%、13.4%、35.8%、62.2%、81.1%であった。以上の結果から、本法は、TWIST1メチル化レベルを精度よく評価できることが確認された。
 図4A及び図4Bは、デジタルPCR生データで、一つのドットが1つのドロップレットの蛍光量を示す。データの信頼性を裏付けるものである。
 上記結果から、本実施形態のデジタルPCRを用いれば、0.14%以上のメチル化レベルであれば定量的に測定可能であることが分かった。しかもDNAの化学処理(重亜硫酸塩処理)をしなくても、信頼性のあるTWIST1遺伝子のメチル化の定量性を提示できることが示された。なお、デジタルPCR法では、変異DNAの検出下限は0.001%(10万分の1)といわれているので、本法よりも更に精度を上げられる可能性がある。
(便検体DNAを用いた、メチル化TWIST1測定系の確立)
 以上の結果を踏まえて、簡便な検査としてのメチル化TWIST1測定系として以下の方法を確立した。
 本件の簡便なメチル化TWIST1測定系のための工程の一例としては、(1)生体試料からのDNA(生体試料DNA)抽出、(2)DNAの複合型酵素処理、(3)デジタルPCR処理、及び、(4)コピー数カウント、というシンプルなステップからなる(図5)。本実施例では、生物試料のうち糞便検体からDNAを抽出した。より非侵襲的で安価で簡便な検査を目指すためである。なお、糞便には3~5×1011/gもの数の細菌が含まれており、便中DNAの99.99%は細菌由来とされる。すなわち、糞便中に含まれるヒトDNAは0.01%程度に過ぎない。
(1)便検体からのDNA(便DNA)抽出
 検体は、精密検査で、正常、Non-advanced adenoma(非進行腺腫)、Advanced adenoma(進行腺腫)/Tis(粘膜内癌)、又は、CRC(大腸癌)と判断された人の、凍結保存糞便検体を基本的に利用した。
 健常者便51検体(Control)、Non-advanced adenoma患者便9検体、Advanced adenoma/Tis患者便17検体、CRC患者便133検体、総計210人の便検体から、下記の要領で、DNAの抽出を行った。なお、大腸腺腫のうち、Advanced adenomaは、径1cm以上の腺腫、又はvillous components(絨毛状構成要素)(tubulovillous(管絨毛)又は villous(絨毛))を合併する腺腫、又はhigh-grade or severe dysplasia(高度又は重度の異形成)を合併する腺腫で、大腸の前癌病変であり、Non-advanced adenoma(非進行腺腫)は、良性腫瘍のうち上記Advanced adenoma(進行腺腫)でないものを意味する。また、Tisとは、癌が粘膜内にとどまり、粘膜下層に及んでいない、ごく初期(ステージ0)の大腸癌で、別名Carcinoma in situ (粘膜内癌)ともいうが、ここでは、Tisを「粘膜内癌」という。
 前癌状態であるAdvanced adenoma(進行腺腫)や、ごく初期の癌であるTis(粘膜内癌)は、早期発見は難しいが、発見できれば、完全に治療できる可能性が大きいことから、本実施態様では、Advanced adenoma(進行腺腫)又はTis(粘膜内癌)と診断された患者を1つの解析群としてまとめて、「Advanced adenoma(進行腺腫)/Tis(粘膜内癌)」と記載した。さらに、CRC (colorectal cancer)は、ステージ1~4の大腸癌を意味する。なお、コントロール群とは、内視鏡検査で、大腸組織や大腸粘膜に大腸腫瘍のないものの群を意味する。
 サンプル及び量:上記合計210人のヒト糞便検体 各0.2g
 使用するキット:QIAamp Fast DNA Stool Mini Kit(Qiagen社)。
 方法:製品添付のプロトコール(Human DNA analysis)に従ってDNAを抽出
1.糞便検体0.2gを2mLチューブに入れる。
2.1mLのInhibitEXバッファー(キットに添付)を便検体に加える。ボルテックス撹拌を1分間あるいは便検体が完全に懸濁するまで行う。
3.懸濁液を5分間70度で加温する。15秒間ボルテックス撹拌を行う。
4.20,000gで1分間遠心を行う。
5.25 μlのProteinase K(キットに添付)を新しい1.5mLチューブに入れる。
6.ステップ4後の上清600 μLをステップ5の1.5 mLチューブに入れる。
7.600 μLのALバッファ(キットに添付)を加え、15秒間ボルテックス撹拌を行う。
8.70度で10分間加温する
9.600 μLのエタノール(96-100%)を溶解液に加え、ボルテックス撹拌により混合する。
10.ステップ9の溶解液600 μLをQIAamp スピンカラム(キットに添付)に入れる。ふたを閉めて1分間20,000gで遠心を行う。 QIAamp スピンカラムを新しい2mLコレクションチューブに設置し、濾過液は捨てる。すべての溶解液をカラム処理するまでステップ10を繰り返す。
11.QIAampスピンカラムを注意深く開け、500 μLのAW1バッファ(キットに添付)を加える。1分間20,000gで遠心を行う。QIAampスピンカラムを新しい2mLコレクションチューブに設置し、濾過物を含むコレクションチューブは捨てる。
12.QIAampスピンカラムを注意深く開け、500 μLのAW2バッファ(キットに添付)を加える。3分間20,000gで遠心を行う。濾過物を含むコレクションチューブは捨てる。
13.QIAampスピンカラムを新しい2mLコレクションチューブに設置し、濾過物を含む古いコレクションチューブを捨てる。3分間20,000gで遠心を行う。
14.QIAampスピンカラムを新しい1.5mLチューブに移し、100μLのATEバッファ(キットに添付)を直接QIAampメンブレン上にピペットで滴下する。1分間室温に置いた後、1分間20,000gで遠心し、DNAを溶出する。
(2)DNAの複合型酵素処理:HhaI、HpaII、ExoI処理後にBstUI処理
<プロトコール>
 実施例2の<条件2>と同様である。なお、ExoIはエキソヌクレアーゼである。
1.1.5 mLチューブにDNAを10 μL入れる。
2.GeneAmp PCR buffer II (N808-0241に添付, Life technologies社)を1 μL加える。
3.25 mM MgCl2 溶液(N808-0241に添付, Life technologies社)を1 μL 加える。
4.HhaI (ER1851, Thermo社)を1 μL (10U)加える。
5.HpaII (ER0512, Thermo社)を1 μL (10U)加える。
6.ExoI (EN0581, Thermo社)を1 μL (20U)加える。
7.ピペッティングで混ぜる。
8.37度16時間加温する。
9.1 μL (10U) BstUI (R0518L, New England BioLabs社) を加える。
10.60度16時間加温する。
11.98度10分加温する。
(3)デジタルPCR処理
 「デジタルPCR」は、上述したように、サンプルDNA量を絶対定量する方法である。ここでは、デジタルPCRシステム(QX100 Droplet Digital PCRシステム:BioRad社)を用いた。
<プライマー等>
 用いたプライマー等は、実施例2と同様である(表2)。
 TWIST1 フォアードプライマー (配列番号4)
 TWIST1 リバースプライマー (配列番号5)
 TWIST1 TaqManプローブ (配列番号6)
(内部コントロール)
 hTERT フォアードプライマー (配列番号7)
 hTERT リバースプライマー (配列番号8)
 hTERT TaqManプローブ (配列番号9)
 配列番号10(表3)は、TWIST1のPCR増幅対象領域の配列を示す。
 表3中、下線は制限酵素HhaI, HpaII, BstUIにより切断される可能性のある部位を示す。ただしこれらの制限酵素はメチル化感受性酵素であるため、シトシン(C)がメチル化されていると、その箇所は切断されない。
(配列番号10) 5’- TCCAAAGGCC AAACCGCGGC GGCCCAGCCC GGAGGTCCTG
GGCGTTTCTG AAGACGTGGC CGCGCCGCGG GGGCTGAGGA TTTGCGTCCC GG -3’
 <デジタルPCRプロトコール>
 実施例2と同様である。
1.以下のPCR反応液を作製する。
酵素処理済みDNA                 2 μL
・ddPCR Supermix for probes (#186-3010, BioRad) 10 μL
・10 μM TWIST1 フォワードプライマー      0.5 μL
・10 μM TWIST1 リバースプライマー       0.5 μL
・5 μM TWIST1 TaqManプローブ          1.0 μL
・10 μM hTERT フォワードプライマー       0.5 μL
・10 μM hTERT リバースプライマー        0.5 μL
・5 μM hTERT TaqManプローブ          1.0 μL
・水                      6.0 μL
2.ドロップレット作製
・PCR反応液をAutoDGシステム (BioRad社)にセットし、ドロップレットを作製する。
3.PCR反応(サーマルサイクラー)
・95度10分
・40サイクル(94度30秒、56度1分、ランプ速度2度/秒)
・98度10分
(4)コピー数カウント
 QX100 Droplet Digital PCRシステムのDroplet Reader(BioRad社)にPCR反応済み検体をセットし、各液滴内のTaqManプローブ由来の蛍光色素を検出することで、hTERT及びメチル化TWIST1のコピー数をカウントする。
 hTERTは内部コントロールであり、便DNA中のヒトDNAを検出するために用いる。
(結果)
<各群におけるメチル化TWIST1のPCR反応液20μL当たりのコピー数>
 図6及び図7は、コントロール群、非進行腺腫(Non-advanced adenoma)患者群、進行腺種/粘膜内癌(Advanced adenoma/Tis)患者群、及び、ステージ1~4大腸癌(CRC)患者群の各便検体DNA(便DNA)におけるメチル化TWIST1のPCR反応液20μL当たりのコピー数を、群別に比較した結果の表及びグラフである。なお、PCR反応液20μLには、便4mgから抽出したDNAが含まれていたため、メチル化TWIST1のPCR反応液20μL当たりのコピー数は、メチル化TWIST1の便4mgから抽出したDNA当たりのコピー数に相当する。
 図6の表にあるように、コントロール群の便DNAでは、メチル化TWIST1コピー数は、最小値0.0-最大値2.800、中央値0.0、平均値0.2314(sd:0.6733)であり、Non-advanced adenoma患者群の便DNAでは、メチル化TWIST1コピー数は、最小値0.0-最大値11.60、平均値4.289(sd:3.610)、Advanced adenoma/Tis患者群の便DNAでは、メチル化TWIST1コピー数は、最小値0.0-最大値240.0、平均値32.38(sd:64.70)、そして、CRC(大腸癌)患者群の便DNAでは、メチル化TWIST1コピー数は、最小値0.0-最大値4700、平均値65.08(sd:473.1)で、正常から非進行腺腫、進行腺腫/粘膜内癌、及び、ステージ1~4大腸癌と進行するにつれて、平均値が格段に上昇していた。
 さらに、本実施態様の検査方法に含まれる、メチル化解析技術は、従来技術の工程であるDNAの重亜硫酸塩による化学処理が不要であるため、非常に簡便に検査を実施できた。また、便中のごくわずかの量(20μL当たり1~5コピー)のメチル化TWIST1でも検出できるため、検出感度が非常に高いといえる。さらに、一つの遺伝子のメチル化だけで検査が可能であることから、低コスト化にも成功したといえる。
 なお、近年、DNAメチル化は転写開始点上流の領域だけでなく遺伝子の領域(Gene body)にも存在し、かかる領域のメチル化に異常な転写開始を防止する機能があると考えられている。したがって、上記実施例では配列番号10に示す配列(TWIST1遺伝子開始コドンより-910~-1001領域)に含まれるCpG配列のメチル化の程度を測定しているが、かかる領域に限らず、TWIST1遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部に含まれるCpG配列のメチル化の程度を測定すれば、被検対象における大腸腫瘍の有無を予測することが可能となると考えられる。
<メチル化TWIST1コピー数においてカットオフ値1以上での各群でのメチル化陽性率>図8
 カットオフ値1以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群での各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1陽性者割合:陽性率(縦軸)をグラフ(図8A)で、及びその元データを表(図8B)で示す。図8Cは、カットオフ値1以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群での各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1検出の感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率を示す。
 ここで、本明細書で用いる用語について、説明する。「感度」及び「特異度」は、臨床検査の信頼度を評価する指標である。特定の病気に罹患している集団に対して検査を行ったとき、陽性(異常値)を示す割合(真の陽性率)が感度である。逆に、特定の病気に罹患していない集団に対して検査を行ったとき、陰性(正常値)を示す割合(真の陰性率)が特異度である。つまり、実際に病気に罹っている人のうち陽性と出る割合を感度、病気に罹っていない人のうち陰性と出る割合を特異度という。検査の感度を上げようとすれば特異度は下がり(偽陽性が増える)、特異度を上げようとすれば感度が下がる(偽陰性が増える)という関係にある。
 一般的には、感度と特異度が高い検査キットの信頼性が高いとされる。
 感度が高い検査では陽性になりやすく、そのような検査で陰性になれば相当高い確率で病気がないと診断できることを意味し、除外診断に使える。また、特異度が高い検査では陰性になりやすく、そのような検査で陽性になれば相当高い確率で病気であると診断できることを意味し、確定診断に使える。また、検査で陽性と出た人のうち実際に病気に罹っている人の割合を「陽性的中率」(Positive Predictive Value, PPV)、陰性と出た人のうち実際に罹っていない人の割合を「陰性的中率」(Negative Predictive Value, NPV)という。
 図8の結果によると、カットオフ値1以上とした場合でも、特異度は90%で高くNon-advanced adenoma患者群の検査感度は89%、Advanced adenoma/Tis患者群の場合は、検査感度は59%、大腸癌CRC患者群の検査感度は59%であった。陽性の場合、カットオフ値1以上でもNon-advanced adenoma 以上の大腸病変があると高い確率で診断可能である。この場合、コントロール群の陽性率は10%にすぎず、後述する、便潜血検査よりも偽陽性のリスクは小さい。つまり、大腸に病変のない人が精密検査を受けなければならない事態を避けることができる。
 このように、本実施態様では、カットオフ値1以上とした場合は、コントロール群に対して、Non-advanced adenoma患者群、それ以上進行したAdvanced adenoma/Tis患者群や大腸癌CRC患者群を検出する感度、特異度に優れていることが分かった。特に、初期の良性の腺腫の段階のものでも精度よく検出できる可能性があることが判明した。
<メチル化TWIST1コピー数においてカットオフ値2以上での各群でのメチル化陽性率>図9
 カットオフ値2以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群での各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1陽性者割合:陽性率(縦軸)をグラフ(図9A)で、及び陽性者数及び陰性者数を表(図9B)で示す。図9Cは、カットオフ値2以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群での各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1検出の感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率を示す。
 以上の結果によると、カットオフ値2以上とした場合、特異度は96%で一層高く、カットオフ値1以上とした場合より、特異度が上昇した。検査感度は、Non-advanced adenoma患者群の場合は67%、Advanced adenoma/Tis患者群の場合は47%、大腸癌CRC患者群の場合は47%、また、陽性的中率は、順番に、75%、80%、97%という高値であった。
 陽性の場合、カットオフ値2以上ではNon-advanced adenoma 以上の大腸病変があると高い確率で診断可能である。この場合、コントロール群の陽性率は3.9%にすぎず、後述する、便潜血検査よりも偽陽性のリスクは非常に小さい。つまり、大腸に病変のない人が精密検査を受けなければならない事態を極力避けることができる。
 このように、本実施態様では、カットオフ値2以上とした場合は、コントロール群に対して、Non-advanced adenoma患者群、それ以上進行したAdvanced adenoma/Tis患者群や大腸癌CRC患者群を検出する特異度に優れ、感度は比較的高いことが分かった。特に、初期の良性の腺腫の段階のものでも精度よく検出できる可能性があることが判明した。
<メチル化TWIST1コピー数においてカットオフ値5以上での各群でのメチル化陽性率>図10
 カットオフ値5以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群での各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1陽性者割合:陽性率(縦軸)をグラフ(図10A)で、及び陽性者数及び陰性者数を表(図10B)で示す。図10Cは、カットオフ値5以上とした時のコントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群での各便検体DNAにおけるメチル化TWIST1検出の感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率を示している。
 以上の結果によると、カットオフ値5以上とした場合、特異度は100%と最高値である。他方、検査感度は、Non-advanced adenoma患者群の場合は約22%、Advanced adenoma/Tis患者群の場合は約47%、大腸癌CRC患者群の場合は約33%であった。陽性的中率は、カットオフ値1以上又は2以上とした場合より更に上昇してどの群でも100%であった。
 このように、本実施態様では、カットオフ値5以上とした場合は、コントロール群に対して、Non-advanced adenoma患者群、それ以上進行したAdvanced adenoma/Tis患者群や大腸癌CRC患者群を検出する特異度が100%、陽性的中率100%であるという、優れた値を示すことが分かった。特に、コントロールでは、便検体DNAで、メチル化TWIST1のコピー数が5以上の症例はないことから、コントロール群は陽性とはならず、陽性者は、初期の良性の腺腫以上の段階であることが非常に精度よく検出できることが判明した。
[試験例1]
 一般的な大腸癌一次スクリーニングである、便潜血検査方法を用いた場合の検査結果を示す。プロトコールは、下記製品のものに従った。
(便潜血検査:FOBT)
(1)便検体の準備
 健常者便10検体(Control)、Non-advanced adenoma(非進行腺腫)患者便9検体、Advanced adenoma(進行腺腫)/Tis(粘膜内癌)患者便17検体、CRC(大腸癌)患者便83検体、総計119人の便検体を用いた。群分けは、内視鏡検査及び又は病理学的検査により行った。コントロール群10人は、内視鏡検査で大腸病変がなかった人の群である。
(2)測定(操作)法
 便潜血キット(OC-ヘモディアオートS‘栄研’:栄研化学社)及び、診断機器(OCセンサーio:栄研化学社)を用いた。本キット及び機器は、ラテックス凝集反応の免疫比濁法を測定原理としており、ヒト以外の動物ヘモグロビンとはほとんど反応しない。
1)ラテックス乳液及び希釈液を装置の所定の位置にセットする。
2)パラメーターを装置に入力する。
3)標準とその希釈液(別売のHbキャリブレータ・L‘栄研’のHbキャリブレータ希釈液‘栄研’)をサンプルカップに分注し、装置の検体ラックにセットする。
4)装置をスタートさせる。
5)標準の希釈液で自動的に希釈された標準液35μLが反応セルに入る。
6)ラテックス乳液100μL及び希釈液200μLが同時に反応セルに入る。
7)波長660nmで180秒間の吸光度変化量を測定する。
8)各標準液の反応より検量線が作成される。
9)被検検体を分注したサンプルカップあるいは採便容器をそのまま装置の検体ラックにセットする。
10)装置をスタートさせる。
11)被検検体35μLが反応セルに入り、6),7)の操作にて吸光度変化量を測定する。
12)検量線から被検物質の濃度が求められる。
13)測定終了後、結果がプリントアウトされる。
(3)測定結果の判定法
 あらかじめ作成した検量線と各検体の反応が相対的に比較され、ヘモグロビン濃度(ng/mL)が求められる。
(4)性能
1)感度:ヘモグロビン濃度0ng/mLと20ng/mLの標準液を測定するとき、両者の吸光度変化量の差は0.002以上である。
2)正確性
・濃度既知の管理検体を測定するとき、得られた値は表示値の±15%以内である。
・陽性管理検体を試験するとき、陽性を示し、陰性管理検体を試験するとき、陰性を示す。
3)同時再現性
・同一検体を10回同時に測定するとき、得られた値の変動係数(C.V.)は10%以下である。
・陽性管理検体及び陰性管理検体を5回繰り返し試験するとき、それぞれ同一の結果を示す。
(5)測定範囲
 50~1,000 ng/mL(糞便での換算値:10μg/g~200μg/g)。
(結果)図11
 コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の便検体における各々の潜血陽性(+)率又は潜血陽性(+)検体数に関して、グラフ(図11A)又は表(図11B)に示した。図11Cは、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の便検体における各々の潜血検査の感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率を示す表である。
 <便潜血検査陽性率>
 図11A、図11Bにもあるように、本実施態様では、検査感度は、Non-advanced adenoma患者群では0%(0/9)、Advanced adenoma/Tis患者群では41%(7/17)、CRC(大腸癌)患者群では95%(79/83)であった。この便潜血検査は、コントロール群での偽陽性が20%とやや多めではあるが、特異度は80%であり、大腸癌CRC患者群の検査感度は95%と、感度、特異度共に高値であり、ある程度大腸癌CRC患者を検出するための検査として用いることが可能であることが確認された。ただし、この方法では、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群の検査感度は、0%、及び41%と低く、Non-advanced adenoma、Advanced adenoma/Tisに罹患していても見逃してしまう確率がとても大きい。
(便潜血検査(FOBT)と便DNAメチル化TWIST1検査との組合せ)
 大腸癌スクリーニング検査で一度便検体を採取すれば、便潜血検査を実施するだけでなく、便検体からDNAを抽出して、本件のメチル化TWIST1解析技術を適用することができる。便潜血検査(FOBT)と便DNAメチル化TWIST1検査との組合せとは、前述した「組合せ検査」を意味し、たとえば、増幅したDNAのPCR反応液20μL当たりのメチル化TWIST1のコピー数と、便潜血検査における便潜血反応結果を組み合わせて、大腸腫瘍の有無を予測検査する方法である。
 便潜血検査(試験例1)と同じ、健常者便10検体(Control)、Non-advanced adenoma(非進行腺腫)患者便9検体、Advanced adenoma(進行腺腫)/Tis(粘膜内癌)患者便17検体、CRC(大腸癌)患者便83検体、総計119人の便検体を用いた。方法に関しては、メチル化TWIST1測定系については、実施例3と同様、便潜血検査については、試験例1と同様の方法で行った。
<便潜血反応結果(+)と便DNAメチル化TWIST1コピー数1以上との組合せ>図12
 図12は、便潜血検査(FOBT)と便DNAメチル化TWIST1検査との組合せ検査における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数1以上で陽性とした場合のデータであって、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における、上記組合せ検査での陽性(Yes)率・陰性(No)率のグラフ(図12A)、組合せ検査での陽性(Yes)・陰性(No)検体数(図12B)、及び、組合せ検査の感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率(図12C)である。
 なお、1)便潜血検査において便潜血反応結果が(+)かつ便DNAメチル化TWIST1検査での便DNAメチル化TWIST1コピー数1以上の場合、2)便潜血検査において便潜血反応結果が(-)かつ便DNAメチル化TWIST1検査での便DNAメチル化TWIST1コピー数1以上の場合、及び3)便潜血検査において便潜血反応結果が(+)かつ便DNAメチル化TWIST1検査での便DNAメチル化TWIST1コピー数1未満の場合の3つを陽性とした。すなわち、便DNAメチル化TWIST1検査での便DNAメチル化TWIST1コピー数と便潜血検査における便潜血反応結果を組み合わせて陽性か否かを判断した。
 以上の結果によると、便潜血検査と便DNAメチル化TWIST1検査とを組合せて、便DNAメチル化TWIST1コピー数1以上とした場合、特異度は40%と低めであるが、検査感度は、Non-advanced adenoma患者群の場合は89%、Advanced adenoma/Tis患者群の場合は88%、大腸癌CRC患者群の場合は100%と、非常に高い値であった。ここで陽性となった場合、非常に高い確率でNon-advanced adenoma患者、Advanced adenoma/Tis患者、CRC(大腸癌)患者を検出可能であることが明らかとなった。なお、メチル化TWIST1単独検査の場合であれば、カットオフ値1以上でもNon-advanced adenoma以上の大腸病変があると高い確率で診断可能である。
<便潜血反応結果(+)と便DNAメチル化TWIST1コピー数2以上との組合せ>図13
 図13は、便潜血検査(FOBT)と便DNAメチル化TWIST1検査との組合せ検査における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数2以上で陽性とした場合のデータであって、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における、組合せ検査での陽性(Yes)率・陰性(No)率のグラフ(図13A)、組合せ検査での陽性(Yes)・陰性(No)検体数(図13B)、及び、組合せ検査の感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率(図13C)である。
 なお、1)便潜血検査において便潜血反応結果が(+)かつ便DNAメチル化TWIST1検査での便DNAメチル化TWIST1コピー数2以上の場合、2)便潜血検査において便潜血反応結果が(-)かつ便DNAメチル化TWIST1検査での便DNAメチル化TWIST1コピー数2以上の場合、及び3)便潜血検査において便潜血反応結果が(+)かつ便DNAメチル化TWIST1検査での便DNAメチル化TWIST1コピー数2未満の場合の3つを陽性とした。すなわち、便DNAメチル化TWIST1検査での便DNAメチル化TWIST1コピー数と便潜血検査における便潜血反応結果を組み合わせて陽性か否かを判断した。
 以上の結果によると、便潜血検査と便DNAメチル化TWIST検査とを組合せて、便DNAメチル化TWIST1コピー数2以上とした場合、特異度は70%とより高くなり、検査感度は、Non-advanced adenoma患者群の場合は67%、Advanced adenoma/Tis患者群の場合は82%、大腸癌CRC患者群の場合は100%と、非常に高い値であった。ここで陽性となった場合、非常に高い確率でNon-advanced adenoma患者、Advanced adenoma/Tis患者、CRC(大腸癌)患者を検出可能である。
<便潜血反応結果(+)と便DNAメチル化TWIST1コピー数5以上との組合せ>図14
 図14は、便潜血検査(FOBT)と便DNAメチル化TWIST1検査との組合せ検査における、FOBT(+) and/or メチル化TWIST1コピー数5以上で陽性とした場合のデータであって、コントロール群、Non-advanced adenoma患者群、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群の各便検体における、組合せ検査での陽性(Yes)率・陰性(No)率のグラフ(図14A)、組合せ検査での陽性(Yes)・陰性(No)の検体数(図14B)、及び、組合せ検査の感度、特異度、陽性的中率、陰性的中率(図14C)である。
 なお、1)便潜血検査において便潜血反応結果が(+)かつ便DNAメチル化TWIST1検査での便DNAメチル化TWIST1コピー数5以上の場合、2)便潜血検査において便潜血反応結果が(-)かつ便DNAメチル化TWIST1検査での便DNAメチル化TWIST1コピー数5以上の場合、及び3)便潜血検査において便潜血反応結果が(+)かつ便DNAメチル化TWIST1検査での便DNAメチル化TWIST1コピー数5未満の場合の3つを陽性とした。すなわち、便DNAメチル化TWIST1検査での便DNAメチル化TWIST1コピー数と便潜血検査における便潜血反応結果を組み合わせて陽性か否かを判断した。
 以上の結果によると、便潜血検査と便DNAメチル化TWIST1検査とを組合せて大腸腺腫の有無を検査する組合せ検査法では、便DNAメチル化TWIST1コピー数5以上とした場合、特異度は80%と更に高くなり、検査感度は、Non-advanced adenoma患者群の場合は22%と低いが、Advanced adenoma/Tis患者群の場合は82%、大腸癌CRC患者群の場合は99%と、非常に高い値であった。陽性的中率は、Advanced adenoma/Tis患者群、CRC(大腸癌)患者群で、それぞれ88%、98%で非常に高値であった。なお、コントロールでの偽陽性率については、便潜血検査の場合(偽陽性20%、図11A)と同様のレベル(20%)の優れた結果といえる。
 まとめると、全体として、従来の便潜血検査に比べて、本組合せ検査法は、コントロール(健常人)での偽陽性率は20%と同等であり、更に、CRC(大腸癌)患者群での感度、特異度、陽性的中率及び陰性的中率は、便潜血検査では、95%、80%、98%、67%、本組合せ検査法では、99%、80%、98%、89%と、本組合せ検査法の方が総合的により高値であり、さらにAdvanced adenoma/Tis患者での感度、特異度、陽性的中率及び陰性的中率は、便潜血検査での、41%、80%、78%、44%に対し、本組合せ検査法では、82%、80%、88%、73%と、一層高い値を示した。
 つまり、この組合せ検査方法は、一次スクリーニング検査法としては、大変優れている検査法であり、当該検査方法で陽性となった場合、CRC(大腸癌)患者だけでなく、大腸癌発生のリスクが高く早期に対処すれば治癒可能なAdvanced adenoma/Tis患者を、精度よく、非常に高い確率で検出可能であることが判明した。
 CRC(大腸癌)患者群の発見だけでなく、Advanced adenoma/Tis患者群が、悪性化する前に外科的処置等の治療を行う機会が得られることから、その救命効果は非常に大きいことがわかる。さらに、前述したように、本実施態様の検査方法に含まれるメチル化解析技術は、従来のメチル化解析技術の工程であるDNAの重亜硫酸塩処理による化学処理が不要であるため、煩雑な操作がなく、非常に簡便に検査を実施できる。また、ごく少量(約0.2g)の便検体があればよく、便中のごくわずかの量(1~5コピー)のメチル化TWIST1でも検出できる方法であるため、特異度だけでなく、検出感度も非常に高いといえる。
(便検体DNAを用いた、メチル化TWIST1測定)
 コントロール、非進行腺種(Non-advanced adenoma)患者、進行腺種/粘膜内癌(Advanced adenoma/Tis)患者、大腸癌(CRC)の新規症例について実施例3と同様の要領でDNAの抽出、DNAの複合型酵素処理、デジタルPCR処理、及びコピー数カウントを行った。
(結果)
<各群におけるメチル化TWIST1のPCR反応液20μL当たりのコピー数>
 図15A及び図15Bは、コントロール群、非進行腺腫(Non-advanced adenoma)患者群、進行腺腫/粘膜内癌(Advanced adenoma/Tis)患者群、及び、ステージ1~4大腸癌(CRC)患者群の各便検体DNA(便DNA)におけるメチル化TWIST1のPCR反応液20μL当たりのコピー数又はコピー数比を群別に比較した結果のグラフである。nは検体数を示す。また、図16は、コントロールに対する、非進行腺腫(Non-advanced adenoma)患者群、進行腺腫/粘膜内癌(Advanced adenoma/Tis)患者群、及び、ステージ1~4大腸癌(CRC)患者群それぞれとのROC曲線の結果を示す。本発明により、コントロールから非進行腺腫、進行腺腫/粘膜内癌、及び、ステージ1~4大腸癌と進行するにつれて、コピー数が上昇しており、しかもコントロールと大腸癌だけでなく、コントロールと進行腺腫/粘膜内癌でも有意な差があり、大腸癌だけでなく進行腺腫/粘膜内癌の有無も検出できることが確認された。
(デジタルPCR用プライマーとBMP3、NDRG4、及びSEPT9メチル化レベル定量性の検討)
 BMP3、NDRG4、及びSEPT9が高レベルにメチル化していることが既知のDNA(大腸癌細胞株HCT116由来DNA)と、BMP3、NDRG4、及びSEPT9メチル化がほとんどないことが既知のDNA(末梢血リンパ球由来DNA)を表4と同様に種々の割合で混合した。このDNAを、実施例2と同様の方法で複数のメチル化感受性制限酵素処理及びエキソヌクレアーゼ処理(複合型酵素処理)後、設計したプライマー及びプローブを用いてデジタルPCRによるメチル化レベル定量性を検討した。
<プライマー・プローブセット>
 用いたプライマー・プローブは、以下のとおりである。
(BMP3)
BMP3 フォアードプライマー
(配列番号11) 5’- GGAAGGTACAGACAGATCTTGAAAACA-3’
BMP3リバースプライマー
 (配列番号12) 5’- TCCACTCCAACGCTGAGAAA-3’
BMP3 TaqManプローブ
(配列番号13) 5’-FAM- CCGGGCCACACAC-TAMRA-3’
(NDRG4)
NDRG4 フォアードプライマー
(配列番号14) 5’- CCGACCCTAAGGGCTTTTCT -3’
NDRG4 リバースプライマー
 (配列番号15) 5’- CGCTGCCGTAGTCTTTGTTTAGA-3’
NDRG4 TaqManプローブ
(配列番号16) 5’-FAM- TCTCTGCAGGTCTAAGG-TAMRA-3’
(SEPT9)
SEPT9 フォアードプライマー
(配列番号17) 5’- GCCCACCAGCCATCATGT-3’
SEPT9 リバースプライマー
 (配列番号18) 5’- GTCCGAAATGATCCCATCCA-3’
SEPT9 TaqManプローブ
(配列番号19) 5’-FAM- CCGCGGTCAACGC-TAMRA-3’
(内部コントロール)
hTERT フォアードプライマー
(配列番号7) 5’-GGGTCCTCGCCTGTGTACAG-3’
hTERT リバースプライマー
(配列番号8) 5’-CCTGGGAGCTCTGGGAATTT-3’
hTERT TaqManプローブ
(配列番号9) 5’-VIC-CACACCTTTGGTCACTC-MGB-3’
 表5に、BMP3、NDRG4、SEPT9それぞれのフォアードプライマー、リバースプライマー、TaqManプローブ、及びPCR増幅対象領域の配列(BMP3遺伝子開始コドンより-333~-256領域:GRCh37/hg19データベースでの位置情報chr4:81,952,106-81,952,183:配列番号20、NDRG4遺伝子転写開始点より-300~-500領域(開始コドンより-24587~-24446領域):GRCh37/hg19データベースでの位置情報chr16:58,497,096-58,497,237:配列番号21、SEPT9遺伝子開始コドンより-14~+48領域:GRCh37/hg19データベースでの位置情報chr17:75,369,566-75,369,627:配列番号22)を示す。表5中、下線は制限酵素HhaI, HpaII, BstUIにより切断される可能性のある部位を示す。ただしこれらの制限酵素はメチル化感受性制限酵素であるため、シトシン(C)がメチル化されていると、その箇所は切断されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 (結果)
<デジタルPCRでの定量性>図17A,B、図18A,B、図19A,B
 図17A、図18A、図19Aはそれぞれ種々のメチル化レベルのDNAを用いた場合の、メチル化BMP3、メチル化NDRG4、メチル化SEPT9のコピー数とTERTコピー数を示す図である。また、図17B、図18B、図19Bはそれぞれ種々のメチル化レベルのDNAを用いた場合の、メチル化BMP3、メチル化NDRG4、メチル化SEPT9のコピー数及びTERTコピー数の比を示す図である。メチル化コントロールDNAの割合とメチル化BMP3、メチル化NDRG4、メチル化SEPT9のコピー数に正の直線的な相関があることが分かった。一方で、hTERT遺伝子はメチル化感受性制限酵素で切断されないため、HCT116の混合比率に関わらず、一定のコピー数を示した。したがって、上記複合型酵素処理により、TWIST1だけでなくBMP3、NDRG4、及びSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部内のCpG配列のメチル化の程度も定量的に測定できることが明らかとなった。
(便検体DNAを用いた、メチル化BMP3、メチル化NDRG4、又はメチル化SEPT9測定)
 メチル化BMP3、メチル化NDRG4、又はメチル化SEPT9を実施例3と同様の実験で行った。DNAの抽出、DNAの複合型酵素処理、デジタルPCR処理、及びコピー数カウントは実施例3と同様の要領で行った。
(結果)
<各群におけるメチル化BMP3、メチル化NDRG4、又はメチル化SEPT9のPCR反応液20μL当たりのコピー数>
 図20A及び図20Bは、コントロール群、非進行腺腫患者群、進行腺腫/粘膜内癌患者群、及び、ステージ1~4大腸癌患者群の各便検体DNA(便DNA)におけるメチル化BMP3のPCR反応液20μL当たりのコピー数又はコピー数比を群別に比較した結果のグラフである。図22A及び図22Bは、コントロール群、非進行腺腫患者群、進行腺腫/粘膜内癌患者群、及び、ステージ1~4大腸癌患者群の各便検体DNA(便DNA)におけるメチル化NDRG4のPCR反応液20μL当たりのコピー数又はコピー数比を群別に比較した結果のグラフである。図24A及び図24Bは、コントロール群、非進行腺腫患者群、進行腺腫/粘膜内癌患者群、及び、ステージ1~4大腸癌患者群の各便検体DNA(便DNA)におけるメチル化SEPT9のPCR反応液20μL当たりのコピー数又はコピー数比を群別に比較した結果のグラフである。nは検体数を示す。また、図21、図23、図25は、メチル化BMP3、メチル化NDRG4、又はメチル化SEPT9コピー数の、コントロールに対する、非進行腺腫(Non-advanced adenoma)患者群、進行腺腫/粘膜内癌(Advanced adenoma/Tis)患者群、及び、ステージ1~4大腸癌(CRC)患者群それぞれとのROC曲線の結果を示す。本発明により、コントロールから非進行腺腫、進行腺腫/粘膜内癌、及び、ステージ1~4大腸癌と進行するにつれて、コピー数が上昇しており、しかもコントロールと大腸癌だけでなく、コントロールと進行性腺腫/粘膜内癌でも有意な差があり、大腸癌だけでなく進行腺腫/粘膜内癌の有無も検出できることが確認された。さらに、メチル化BMP3/TERT比を用いれば、非進行腺腫も検出できることが確認された。
(血清セルフリーDNAを用いた、メチル化TWIST1、NDRG4測定)
 血清セルフリーDNAを用いてDNAの抽出、DNAの複合型酵素処理、デジタルPCR処理、及びコピー数カウントを行った。DNA抽出後のDNAの複合型酵素処理、デジタルPCR処理、及びコピー数カウントは実施例3と同様の要領で行った。
 血清からのDNA(血清セルフリーDNA)抽出
 400μLの血清から、自動核酸抽出機MagNA Pure Compact(ロシュ・ダイアグノスティックス社)及び専用DNA抽出キットMagNA pure Compact Nucleic Acid Isolation kit I(ロシュ・ダイアグノスティックス社)を用い、自動核酸抽出機MagNA Pure Compact内にセットされているプロトコールTotal_NA_Plasma_100_400によりDNAを抽出し、最終的に50μLのDNA溶液を得た。
(結果)
<各群におけるメチル化TWIST1、メチル化NDRG4のPCR反応液20μL当たりのコピー数>
 図26A及び図26Bは、コントロール群、非進行腺腫患者群、進行腺腫/粘膜内癌患者群、及び、ステージ1~4大腸癌患者群の各血清セルフリーDNAにおけるメチル化TWIST1のPCR反応液20μL当たりのコピー数又はコピー数比、図28は、コントロール群、非進行腺腫患者群、進行腺腫/粘膜内癌患者群、及び、ステージ1~4大腸癌患者群の各血清セルフリーDNAにおけるメチル化NDRG4のPCR反応液20μL当たりのコピー数比を群別に比較した結果のグラフである。nは検体数を示す。また、図27、図29はそれぞれ、コントロールに対する、非進行腺腫患者群、進行腺腫/粘膜内癌患者群、及び、ステージ1~4大腸癌患者群それぞれとのROC曲線の結果を示す。本発明により、便だけでなく血清から抽出したDNAによっても、大腸癌の有無が検出できることが確認された。
 以上のことから、本実施態様による検査方法は、CRC(大腸癌)患者群の検出に関しては、便潜血検査に比べて、検査感度が高くすぐれていることが分かった。また、Advanced adenoma/Tis患者群の検出に関して、従来の便潜血検査にはない、高い感度、特異度を示す検査方法であることが示された。さらに、全体的に、コストも安く、DNA検査手技もシンプルで容易であり、便検体量も少量で済むという、スクリーニング方法としては大変有益なものである。
 よって、本実施態様の検査方法は、コストパフォーマンスに優れ、手技もシンプルで特異度も感度も高い、大腸腫瘍、特に、大腸癌及びAdvanced adenoma(進行性腺腫)/Tis(粘膜内癌)のための1次スクリーニング方法として大変有用で効果のあるものであることが判明した。
 以上、本発明の内容の特定の部分を詳述したが、当業界における通常の知識を持った者にとって、このような具体的な記述は単なる好適な実施態様に過ぎず、これにより本発明の範囲が制限されることはないという点は明らかである。よって、本発明の実質的な範囲は特許請求の範囲とこれらの等価物により定義されると言える。
 本発明の大腸腫瘍の有無の検査方法を利用することにより、大腸癌や大腸腺腫をはじめとする大腸腫瘍をコストも安く感度よくかつ高い特異度で検出するキットや装置等を開発することが可能となる。これは早期発見が最重要である腫瘍、特に癌や進行性腺腫の検出において、きわめて有用なツールを提供するものである。

Claims (14)

  1.  被検対象における大腸腫瘍の有無を予測する方法であって、以下の工程(a)~(d)を順次備え、重亜硫酸塩処理を行わないことを特徴とする方法。
    (a)被検対象から採取した生体試料中のDNAを抽出する工程;
    (b)工程(a)により得られたDNAを、メチル化感受性制限酵素で処理する工程;
    (c)工程(b)によりメチル化感受性制限酵素で処理したDNAにおけるTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子、又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部を増幅し、該増幅したDNA内の1又は2以上CpG配列のメチル化の程度を測定する工程;
    (d)工程(c)で測定したメチル化の程度が所定値以上の場合に、被検対象において大腸腫瘍が有ると予測し、該メチル化の程度が所定値未満の場合に、被検対象において大腸腫瘍が無いと予測する工程;
  2. メチル化感受性制限酵素が、HhaI、HpaII、BstUI、Hpy99I、SacII、SmaI、BssHII、NaeI、RsrII、NotIから選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 工程(b)が、
    (b-1)HhaI、HpaII、BstUI、Hpy99I、SacII、SmaI、BssHII、NaeI、RsrII、NotIから選択される少なくとも1種のメチル化感受性制限酵素で処理する工程;
    (b-2)工程(b-1)の後、さらにHhaI、HpaII、BstUI、Hpy99I、SacII、SmaI、BssHII、NaeI、RsrII、NotIから選択される少なくとも1種で、かつ工程(b-1)で用いたメチル化感受性制限酵素と異なるメチル化感受性制限酵素で処理する工程;
    の2段階の工程であることを特徴とする請求項2記載の方法。
  4. 工程(b-1)が、HhaI、HpaII及びエキソヌクレアーゼI(ExoI)で処理する工程であり、工程(b-2)が、BstUIで処理する工程であることを特徴とする請求項3記載の方法。
  5. 工程(c)においてDNAの増幅をデジタルPCRによって行うことを特徴とする請求項1~4のいずれか記載の方法。
  6. 工程(c)におけるTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部が、次の(c1)-(c4)のいずれかであることを特徴とする請求項1~5のいずれか記載の方法。
    (c1)配列番号10に示すchr7:19,157,854-19,157,945;
    (c2)配列番号20に示すchr4:81,952,106-81,952,183;
    (c3)配列番号21に示すchr16:58,497,096-58,497,237;
    (c4)配列番号22に示すchr17:75,369,566-75,369,627;
  7. 工程(c)におけるTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部の増幅を、次の(c5)-(c8)のいずれかのプライマー対及びプローブのセットを用いて行うことを特徴とする請求項6記載の方法。
    (c5)配列番号4及び5で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号6で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
    (c6)配列番号11及び12で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号13で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
    (c7)配列番号14及び15で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号16で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
    (c8)配列番号17及び18で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号19で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
  8.  被検対象から採取した生体試料が被検対象から採取した便であることを特徴とする請求項1~7のいずれか記載の方法。
  9.  工程(c)で測定したメチル化の程度と、便潜血検査結果と組み合わせて、被検対象における大腸腫瘍の有無を予測することを特徴とする、請求項1~8いずれか記載の方法。
  10.  被検対象から採取した生体試料中のDNAにおけるTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部の1又は2以上CpG配列のメチル化の程度を測定するキットであって、以下の(e)~(h)を備えることを特徴とする大腸腫瘍検査用キット。
    (e)被験体中のゲノムDNAを抽出するための試薬;
    (f)前記ゲノムDNAを処理するためのメチル化感受性制限酵素;
    (g)前記ゲノムDNA中のTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部を増幅するためのプライマー及びプローブセット;
    (h)メチル化の程度を分析するための試薬;
  11. 工程(g)のTWIST1遺伝子、BMP3遺伝子、NDRG4遺伝子又はSEPT9遺伝子をコードする領域、前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の開始コドンより-1~-1100領域、又は前記各遺伝子のいずれかの遺伝子の転写開始点より-300~-500領域の一部が、次の(c1)~(c4)のいずれかであることを特徴とする請求項10記載のキット。
    (c1)配列番号10に示すchr7:19,157,854-19,157,945;
    (c2)配列番号20に示すchr4:81,952,106-81,952,183;
    (c3)配列番号21に示すchr16:58,497,096-58,497,237;
    (c4)配列番号22に示すchr17:75,369,566-75,369,627;
  12. 工程(g)のプライマー・プローブセットが、次の(c5)~(c8)のいずれかであることを特徴とする請求項10又は11記載のキット。
    (c5)配列番号4及び5で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号6示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
    (c6)配列番号11及び12で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号13で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
    (c7)配列番号14及び15で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号16で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
    (c8)配列番号17及び18で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマー対及び配列番号19で示されるオリゴヌクレオチドからなるプローブのセット;
  13.  被検対象から採取した生体試料が被検対象から採取した便であることを特徴とする請求項10~12のいずれか記載のキット。
  14.  さらに、便潜血検査用容器及び試薬を含むことを特徴とする請求項13記載のキット。
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