JP2024093463A - Methods for analyzing bladder cancer-associated mutant dna, and primers and probes for digital pcr therefor - Google Patents
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Abstract
Description
特許法第30条第2項適用申請有り 令和4年8月5日 第2回ヘルステック・デバイス・フォーラム 学生研究成果発表コンテストにおいて公開発表 〔刊行物等〕 令和4年9月21日 https://conference-apps-online.net/web/jca2022/を通じて公開 令和4年10月1日 第81回日本癌学会学術総会(The 81st Annual Meeting of the Japanese Cancer Association)において公開発表Application for application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act submitted. August 5, 2022: Public presentation at the 2nd Health Tech Device Forum Student Research Results Presentation Contest. [Publications, etc.] September 21, 2022: Public presentation via https://conference-apps-online.net/web/jca2022/ October 1, 2022: Public presentation at the 81st Annual Meeting of the Japanese Cancer Association.
本発明は、膀胱癌に関連した変異DNAの分析方法、並びにそのためのデジタルPCR用プライマー及びプローブに関する。 The present invention relates to a method for analyzing mutant DNA associated with bladder cancer, and to digital PCR primers and probes for the same.
転移の無い膀胱癌に対しては、初期治療として経尿道的膀胱腫瘍切除術(Transurethral resection of the bladder tumor, TUR-BT)が行われるが、高リスク癌(T1、high grade、上皮内癌(carcinoma in situ, CIS)、再発腫瘍など)では約75%の症例で膀胱内再発を来たし、その殆どが治療後2年以内に認められる。 For non-metastatic bladder cancer, transurethral resection of the bladder tumor (TUR-BT) is performed as initial treatment, but in high-risk cancers (T1, high grade, carcinoma in situ (CIS), recurrent tumors, etc.), recurrence occurs in the bladder in approximately 75% of cases, most of which occur within two years after treatment.
膀胱癌治療後の経過観察法としては、術後3か月目の膀胱鏡検査と、その後はリスク分類に応じた間隔での膀胱鏡検査及び尿細胞診検査が推奨されている(膀胱癌診療ガイドライン2019)。しかし、尿細胞診は、特異度は高いものの感度は低く、低リスク病変においては20%程度の感度に留まる(非特許文献1)。膀胱鏡検査についても10-20%の見逃しがあるといわれており、特に高リスク病変であるCIS(carcinoma in situ)は炎症所見との判別が困難な場合や、上部尿路再発や重複癌に関しては膀胱内視鏡検査では検出困難であること、術者の主観によって評価が異なること等、様々な課題がある。NMP22(Nuclear Matrix Protein ;核マトリック蛋白質22)やBTA(Bladder tumor antigen ;膀胱腫瘍抗原) の有用性も報告されているが、それぞれ感度は高いものの特異度が低いことが報告されている。また、ウロビジョン(膀胱癌FISH(fluorescence in situ hybridization))による再発診断の補助検査として有用性が知られるが、2年に2回までと保険診療上の制限がある(非特許文献2)。前向き試験やエキスパートオピニオンにおいても、膀胱鏡および尿細胞診に代わる十分な尿中分子マーカーは今のところないと結論づけられている(膀胱癌診療ガイドライン2019)。 As a follow-up method after bladder cancer treatment, cystoscopy 3 months after surgery, and then cystoscopy and urine cytology at intervals according to risk classification are recommended (Bladder Cancer Clinical Practice Guidelines 2019). However, although urine cytology has high specificity, its sensitivity is low, and for low-risk lesions, its sensitivity is only about 20% (Non-Patent Document 1). It is said that there is a 10-20% chance of missing a lesion with cystoscopy, and there are various issues, such as the fact that it is difficult to distinguish high-risk lesions such as CIS (carcinoma in situ) from inflammatory findings, that it is difficult to detect upper urinary tract recurrence and overlapping cancers with cystoscopy, and that evaluation varies depending on the subjective opinion of the surgeon. The usefulness of NMP22 (Nuclear Matrix Protein) and BTA (Bladder tumor antigen) has also been reported, but it has been reported that each has high sensitivity but low specificity. In addition, Urovision (fluorescence in situ hybridization (FISH) for bladder cancer) is known to be useful as an auxiliary test for diagnosing recurrence, but it is limited to twice every two years under insurance (Non-Patent Document 2). Prospective studies and expert opinions have also concluded that there are currently no sufficient urinary molecular markers to replace cystoscopy and urinary cytology (Bladder Cancer Clinical Practice Guidelines 2019).
近年、癌患者の血液中にCirculating tumor DNA(ctDNA)が検出されることが知られ、消化器癌では、画像による再発診断よりも平均約5カ月早くctDNAが検出され、早期再発診断バイオマーカーとしての妥当性が示された(非特許文献3)。 In recent years, it has become known that circulating tumor DNA (ctDNA) can be detected in the blood of cancer patients. In gastrointestinal cancer, ctDNA was detected an average of five months earlier than recurrence could be diagnosed by imaging, demonstrating its validity as a biomarker for early recurrence diagnosis (Non-Patent Document 3).
また、腫瘍のシークエンス解析で検出対象となる固有の変異がわかっても、市販のdPCRプローブがほとんどなく、各変異に対応したプライマー・プローブの設計合成およびvalidationにおおよそ1か月の期間を要する。そこで、このタイムラグに対応するため、様々ながんに共通して高頻度に検出される変異を、COSMIC(Catalogue Of Somatic Mutations In Cancer, https://cancer.sanger.ac.uk/cosmic)等の公開されているデータベースをもとに選択し、dPCRのプローブライブラリーが作製されている(特許文献1)。 Even if the specific mutations to be detected are identified through tumor sequence analysis, there are almost no commercially available dPCR probes, and it takes approximately one month to design, synthesize, and validate primers and probes corresponding to each mutation. To address this time lag, dPCR probe libraries have been created by selecting mutations that are common to a variety of cancers and are frequently detected based on publicly available databases such as COSMIC (Catalogue Of Somatic Mutations In Cancer, https://cancer.sanger.ac.uk/cosmic) (Patent Document 1).
膀胱癌診療における課題のひとつとして、再発診断のバイオマーカーに乏しい点が挙げられる。再発の診断機会を増やすためには低侵襲かつ高感度なバイオマーカーの開発が急務である。 One of the challenges in treating bladder cancer is the lack of biomarkers for diagnosing recurrence. To increase the chances of diagnosing recurrence, there is an urgent need to develop minimally invasive, highly sensitive biomarkers.
膀胱癌に関しては、筋層浸潤や転移を示す膀胱癌症例では、血漿中にctDNAを検出し得るが、膀胱局所腫瘍、特に非筋層浸潤性膀胱癌の場合は「尿中DNA」のみから遺伝子変異が検出されることが知られている(非特許文献4)。また尿中DNAの分画については、尿上清と尿沈渣では、変異DNA検出の膀胱癌に対する診断感度は概ね同等であることが報告されている(非特許文献5)。一方、尿上清DNA中には、膀胱を含む尿路上皮由来のDNAのみならず、腎糸球体でろ過された130bp以下の血漿由来の二本鎖DNA断片が含まれる(非特許文献6、7)。したがって、尿上清と沈渣由来のDNAを区別しなければ検出した変異が尿路由来か血液由来か判別困難であり、尿路上皮特有の情報であれば尿沈渣由来DNAに特化した検査法が優れていると予想される。 In bladder cancer, ctDNA can be detected in plasma in cases of bladder cancer that show muscle invasion or metastasis, but in the case of localized bladder tumors, especially non-muscle invasive bladder cancer, it is known that gene mutations can be detected only from "urinary DNA" (Non-Patent Document 4). Regarding fractionation of urinary DNA, it has been reported that the diagnostic sensitivity of detecting mutant DNA for bladder cancer is roughly equivalent in urinary supernatant and urinary sediment (Non-Patent Document 5). On the other hand, urinary supernatant DNA contains not only DNA derived from the urothelium, including the bladder, but also double-stranded DNA fragments of 130 bp or less derived from plasma that are filtered by the renal glomerulus (Non-Patent Documents 6 and 7). Therefore, unless DNA derived from urinary supernatant and sediment is distinguished, it is difficult to determine whether the detected mutation is derived from the urinary tract or blood, and if the information is specific to the urothelium, a test method specialized in urinary sediment-derived DNA is expected to be superior.
そこで発明者らは、患者の膀胱腫瘍組織中に検出された遺伝子変異について、治療経過に合わせて尿沈渣DNA中の量をdPCR法で高感度にモニタリングしたところ、様々な情報が得られ、高感度な膀胱癌の再発診断が可能であることを見出し、本発明を完成した。 The inventors then used the dPCR method to monitor the amount of DNA in urinary sediment in line with the progress of treatment for gene mutations detected in the patient's bladder tumor tissue with high sensitivity, and discovered that this provided a variety of information and enabled highly sensitive diagnosis of bladder cancer recurrence, thus completing the present invention.
本願は、以下を提供する。
[1] 被験者における、遺伝子の変異を分析する方法であって、
変異が、膀胱癌に関連するものであり、
変異の検出のためにプローブ及び/又はプライマーを準備し、
準備したプローブ及び/又はプライマーを用いて、被験者から得た尿沈渣中の核酸を、デジタルPCRで分析する
工程を含む、方法。
[2] 変異が、下記の遺伝子又はプロモーター領域における変異から選択されるいずれかである、1に記載の方法。
[5] 尿沈渣中の変異アリル頻度(VAF)の変化を分析する、1に記載の方法。
[6] 定期的に繰り返し行われる、1~5のいずれか1項に記載の方法。
[7] 膀胱癌の再発の早期発見のために行われる、1~5のいずれか1項に記載の方法。
[8] 膀胱癌の手術後のフォローアップ検査として行われる、1~5のいずれか1項に記載の方法。
[9] 1~5のいずれか1項に記載の方法に用いるための、配列番号1~134のいずれか一の配列からなる、デジタルPCR用のプライマー又はプローブである、ポリヌクレオチド。
[10] デジタルPCR用のプライマー又はプローブが、下記のいずれか一の配列(但し、小文字のaは2-アミノ-デオキシアデニンであり、小文字のcは5-メチル-デオキシシトシンである。)からなるプライマー又はプローブである、9に記載のポリヌクレオチド。
プローブ及び/又はプライマーを準備する工程が、複数のプローブ及び/又はプライマーで構成されるライブラリーであって、複数のプローブ及び/又はプライマーが、10に記載のポリヌクレオチドのいずれかを含む、方法。
[13] 尿沈渣に含まれるDNAの、膀胱癌のバイオマーカーとしての使用。
The present application provides the following:
[1] A method for analyzing a genetic mutation in a subject, comprising:
the mutation is associated with bladder cancer,
Providing probes and/or primers for detection of mutations;
The method comprises a step of analyzing nucleic acids in urinary sediment obtained from a subject by digital PCR using the prepared probe and/or primer.
[2] The method according to 1, wherein the mutation is any one selected from the following mutations in genes or promoter regions:
[5] The method according to 1, for analyzing changes in variant allele frequency (VAF) in urinary sediment.
[6] The method according to any one of 1 to 5, which is periodically repeated.
[7] The method according to any one of 1 to 5, which is carried out for early detection of recurrence of bladder cancer.
[8] The method according to any one of 1 to 5, which is performed as a follow-up examination after surgery for bladder cancer.
[9] A polynucleotide which is a primer or probe for digital PCR and which consists of any one of SEQ ID NOs: 1 to 134, for use in the method according to any one of 1 to 5.
[10] The polynucleotide according to 9, wherein the primer or probe for digital PCR is a primer or probe consisting of any one of the following sequences (wherein lowercase a is 2-amino-deoxyadenine and lowercase c is 5-methyl-deoxycytosine):
A method in which the step of preparing probes and/or primers is a library composed of a plurality of probes and/or primers, the plurality of probes and/or primers including any of the polynucleotides described in 10.
[13] Use of DNA contained in urinary sediment as a biomarker for bladder cancer.
本発明の方法は、膀胱癌術後モニタリング検査に用いることで、侵襲が大きく低感度である膀胱鏡検査を補完しうる。 The method of the present invention can be used as a postoperative monitoring test for bladder cancer to complement cystoscopy, which is highly invasive and has low sensitivity.
本発明の方法により、再発早期予測に基づく早期治療介入による予後改善や、再発リスクの低い症例に対する検査の省略により患者負担を軽減する等、臨床的意義の高い再発診断が期待できる。またそのためのバイオマーカーを日常診療で使用することが可能となりえる。 The method of the present invention is expected to provide clinically significant recurrence diagnosis, such as improving prognosis through early therapeutic intervention based on early prediction of recurrence, and reducing the burden on patients by omitting testing for cases with a low risk of recurrence. Furthermore, it may become possible to use biomarkers for this purpose in daily medical care.
[遺伝子の変異を分析する方法]
本発明は、下記の工程を含む、被験者における、遺伝子の変異を分析する方法を提供する。
・変異の検出のためにプローブ及び/又はプライマーを準備する工程
・準備したプローブ及び/又はプライマーを用いて、被験者から得た尿沈渣中の核酸を、デジタルPCRで分析する工程
[Method of analyzing gene mutations]
The present invention provides a method for analyzing genetic mutations in a subject, comprising the steps of:
- A step of preparing a probe and/or primer for detecting a mutation. - A step of analyzing nucleic acids in a urine sediment obtained from a subject by digital PCR using the prepared probe and/or primer.
分析は、検出すること、定量すること等を含む。また被験者は、癌患者、過去に癌であった者、癌再発のリスクのある者、癌の疑いのある者等を含む。分析方法は、癌に関連した診断や病気の状態の定量評価等の医師が行う行為を補助する方法を含む。補助する方法は、医師以外の者、例えば臨床検査技師、看護師、保健師、被験者本人等によって行われる方法を指す。 Analysis includes detection, quantification, etc. Subjects include cancer patients, people who have had cancer in the past, people at risk of cancer recurrence, people suspected of having cancer, etc. Analysis methods include methods that assist doctors in their actions, such as cancer-related diagnoses and quantitative evaluation of disease conditions. Assisting methods refer to methods performed by people other than doctors, such as clinical laboratory technicians, nurses, public health nurses, the subjects themselves, etc.
本発明の方法において、遺伝子の変異は、膀胱癌に関連するものである。膀胱癌は、膀胱にできる癌の総称である。膀胱癌は、膀胱の内部をおおう尿路上皮にできる尿路上皮癌を含み、それ以外に、扁平上皮癌、腺癌、小細胞癌等を含む。本発明の方法は、膀胱癌のうち、尿路上皮癌に適用するのに特に適している。尿路上皮癌は、癌の深達度によって、筋層非浸潤性癌と筋層浸潤性癌に分類される。本発明の方法は、どちらにも適用できる。 In the method of the present invention, the gene mutation is associated with bladder cancer. Bladder cancer is a general term for cancer that occurs in the bladder. Bladder cancer includes urothelial carcinoma, which occurs in the urothelium that covers the inside of the bladder, and also includes squamous cell carcinoma, adenocarcinoma, small cell carcinoma, and the like. The method of the present invention is particularly suitable for application to urothelial carcinoma, a type of bladder cancer. Urothelial carcinoma is classified into non-muscle invasive carcinoma and muscle invasive carcinoma depending on the depth of invasion of the cancer. The method of the present invention can be applied to either type.
本発明の方法は、デジタルPCRの鋳型となる核酸(通常はDNA)を、被験者の尿沈渣から得る点を特徴の一つとする。尿沈渣とは、尿を固液を分離する操作に供したときに得られる固体の画分をいう。液体の画分を上清という。一般に、尿沈渣の検査として、尿を遠心分離し、沈澱した赤血球や白血球、尿酸結晶、細胞、細菌などの固形成分の量及び種類を調べる検査が一般に行われており、尿沈渣を得るための方法は当業者にはよく知られている。 One of the features of the method of the present invention is that nucleic acid (usually DNA) that serves as a template for digital PCR is obtained from the urinary sediment of a subject. Urinary sediment refers to the solid fraction obtained when urine is subjected to a solid-liquid separation operation. The liquid fraction is called the supernatant. In general, a test for urinary sediment is performed by centrifuging urine and examining the amount and type of solid components that have precipitated, such as red blood cells, white blood cells, uric acid crystals, cells, and bacteria, and methods for obtaining urinary sediment are well known to those skilled in the art.
尿中DNAを得るための尿の分画に関しては、尿上清、尿沈渣、またどちらも含む場合とで期待される情報が異なると考えられる。尿上清の場合は、尿中のタンパク質の影響が少ないという利点があるが、含まれるDNA量が少なく、また血漿循環DNAを含みうる(膀胱を含む尿路上皮由来のDNAのみならず、腎糸球体でろ過された130bp以下の血漿由来の二本鎖DNA断片が含まれうる)ため、DNAが尿由来のものか血液由来のものか判別困難である。これに対し尿沈渣の場合は、十分な量のDNAが得られ、血漿循環DNAを含まない。したがって、尿路上皮特有の情報であれば尿沈渣由来DNAに特化した検査法が優れていると予想される。なお、尿路の癌に関し、上清と沈査を区別して分析している先行技術は見当たらない。 Regarding urine fractionation to obtain urinary DNA, it is thought that the information expected will differ depending on whether the urine supernatant, urinary sediment, or both are included. The urine supernatant has the advantage of being less affected by proteins in the urine, but it contains a small amount of DNA and may contain plasma-circulating DNA (which may contain not only DNA derived from the urothelium, including the bladder, but also double-stranded DNA fragments of 130 bp or less derived from plasma filtered by the renal glomerulus), making it difficult to distinguish whether the DNA is derived from urine or blood. In contrast, a sufficient amount of DNA is obtained from urinary sediment, and it does not contain plasma-circulating DNA. Therefore, if the information is specific to the urothelium, a test method specialized in DNA derived from urinary sediment is expected to be superior. Note that there is no prior art that distinguishes between supernatant and sediment in the analysis of urinary tract cancer.
本発明の方法では、デジタルPCR(dPCR)が用いられる。癌診断では対象DNAのVAFが1%以下のことが多く、高感度の分析が行えることが望ましいからである。dPCR(Vogelstein and Kinzler, Proc. Natl. Acad. USA, 96, 9236-9241, 1999)は、従来のPCR法を発展させたものであり、標的核酸の量を直接、定量することができる。dPCRは、濃縮手順と組み合わせて用いて、極微量の変異を検出するのに適している。dPCRでは、DNAサンプルは単一反応単位まで希釈されるために、各PCR反応において出発物質はwild type又はmutantのいずれかである。濃縮は、一分子から実施され、何千もの平行濃縮反応が同時に行われる。同じ出発物質からの多数のPCR反応を実施した後、変異分子が単離され、検出される。PCR増幅後、PCRの最終産物を含むチャンバーを計数することで、核酸の絶対量を算出できる。本発明に使用可能な各種のdPCRベースのシステムが市販されている。dPCRの基本的な方法論は、例えばSykes et al., Biotechniques 13 (3): 444-449, 1992に記載されている。 In the method of the present invention, digital PCR (dPCR) is used. In cancer diagnosis, the VAF of the target DNA is often 1% or less, and it is desirable to perform a highly sensitive analysis. dPCR (Vogelstein and Kinzler, Proc. Natl. Acad. USA, 96, 9236-9241, 1999) is an extension of conventional PCR and allows the amount of target nucleic acid to be directly quantified. dPCR is suitable for use in combination with an enrichment procedure to detect extremely low levels of mutations. In dPCR, the DNA sample is diluted to a single reaction unit, so that the starting material in each PCR reaction is either wild type or mutant. Enrichment is performed from a single molecule, and thousands of parallel enrichment reactions are performed simultaneously. After performing multiple PCR reactions from the same starting material, mutant molecules are isolated and detected. After PCR amplification, the absolute amount of nucleic acid can be calculated by counting the chambers containing the final PCR product. Various dPCR-based systems that can be used in the present invention are commercially available. The basic methodology of dPCR is described, for example, in Sykes et al., Biotechniques 13 (3): 444-449, 1992.
(好ましい態様)
本発明の方法は、血液中のctDNAの分析と組み合わせて行うことができる。
(Preferred embodiment)
The methods of the present invention can be performed in combination with analysis of ctDNA in blood.
本発明の方法は、被験者に対して定期的に繰り返し行うことができる。定期的とは、例えば、数か月ごと、半年ごと、1年ごと等をいう。定期的に継続する期間は特に制限されず、例えば1年間、3年間、5年間、10年間である。 The method of the present invention can be repeatedly performed on a subject on a regular basis. Regularly means, for example, every few months, every six months, or once a year. The period of regular continuation is not particularly limited, and can be, for example, one year, three years, five years, or ten years.
本発明の方法は、膀胱癌の再発の早期発見のため特に適している。また、本発明の方法は、膀胱癌の手術後のfollow-up検査として行うのに特に適している。腫瘍細胞量の少ない被験者、例えばStage Iの被験者を対象とする場合、治療前、手術後、follow-up期間で被験者から得たサンプル中には腫瘍由来のDNAが検出されないことがある。ある程度の腫瘍細胞量を有する被験者、例えばStage IIの被験者からは、治療前に検出された腫瘍由来のDNAが、術後に0%へと低下することが確認できる。また、術後補助化学療法を含めたfollow-up中において、被験者から得たサンプル中の腫瘍由来のDNAの有無又は量を分析することにより、再発を予測することができる。本発明の方法により、被験者によっては、化学療法、放射線療法による腫瘍縮小に伴う腫瘍由来DNAの低下が確認できる。本発明の方法により、従来のCT診断に比較して、早期に再発が診断できる可能性がある。 The method of the present invention is particularly suitable for early detection of recurrence of bladder cancer. In addition, the method of the present invention is particularly suitable for use as a follow-up test after surgery for bladder cancer. When subjects with a small amount of tumor cells, such as Stage I subjects, are used as subjects, tumor-derived DNA may not be detected in samples obtained from the subjects before treatment, after surgery, or during the follow-up period. For subjects with a certain amount of tumor cells, such as Stage II subjects, it can be confirmed that the tumor-derived DNA detected before treatment decreases to 0% after surgery. In addition, recurrence can be predicted by analyzing the presence or absence or amount of tumor-derived DNA in samples obtained from the subjects during follow-up, including postoperative adjuvant chemotherapy. With the method of the present invention, depending on the subject, a decrease in tumor-derived DNA associated with tumor shrinkage due to chemotherapy and radiation therapy can be confirmed. With the method of the present invention, recurrence may be diagnosed earlier than with conventional CT diagnosis.
本発明の方法を膀胱癌術後モニタリング検査に用いることで、従来の、侵襲が大きく低感度である膀胱鏡検査を補完しうる。今後本技術の応用により、再発早期予測に基づく早期治療介入による予後改善や、再発リスクの低い症例に対する検査の省略から患者負担を軽減する等、臨床的意義の高い再発診断バイオマーカーが日常診療で用いられることが可能となりえる。 By using the method of the present invention for postoperative monitoring tests for bladder cancer, it can complement conventional cystoscopy, which is highly invasive and has low sensitivity. In the future, application of this technology may enable the use of clinically significant recurrence diagnostic biomarkers in daily medical care, such as improving prognosis through early therapeutic intervention based on early prediction of recurrence, and reducing the burden on patients by omitting tests for cases with a low risk of recurrence.
(変異)
本発明により検出される遺伝子の変異は、膀胱癌に関連するものであれば特に限定されないが、下記の遺伝子又はプロモーター領域における変異から選択されるいずれかである。
(mutation)
The genetic mutation detected by the present invention is not particularly limited as long as it is related to bladder cancer, and is any one selected from the following mutations in the genes or promoter regions.
好ましくは、変異は、下記の遺伝子又はプロモーター領域における変異から選択されるいずれかである。本発明者らの検討によると、これらの変異は、複数症例をカバーできることがわかっている。
本発明の説明において変異というときは、特に記載した場合を除き、塩基の(ヌクレオチドの、と表現されることもある。)変異をいう。ある塩基が変異するとは、他の塩基に置換されること、欠失(del)すること、重複(dup)すること等を含む。 In the explanation of this invention, the term "mutation" refers to a mutation of a base (sometimes referred to as a "nucleotide"), unless otherwise specified. A mutation of a base includes replacement with another base, deletion (del), duplication (dup), etc.
なお、本発明に関し、遺伝子の変異を表すときは、当業者には周知の標準的なルールに従っている(https://varnomen.hgvs.org/recommendations/DNA/variant/duplication/、Hum Mutat 2016; 37: 564-569)。また、本発明に関し、変異の位置は、特に記載した場合を除き、COSMICデータベースに掲載されている情報、及び配列表に掲載した情報に従っている。 In the present invention, the standard rules known to those skilled in the art are followed when describing gene mutations (https://varnomen.hgvs.org/recommendations/DNA/variant/duplication/, Hum Mutat 2016; 37: 564-569). In addition, in the present invention, the positions of mutations are based on the information published in the COSMIC database and the information published in the sequence listing, unless otherwise specified.
(プローブ及び/又はプライマー)
本発明は、上述の方法に用いるのに適した、膀胱癌に関連する変異を検出するためのデジタルPDR用のプローブ及び/又はプライマーを提供する。なお、本発明に関し、プローブ及び/又はプライマーというときは、特に記載した場合を除き、プローブ及びプライマーの少なくとも一方を指す意である。すなわち、「プローブ及び/又はプライマー」は、プローブのみの場合、プライマーのみの場合、プローブ及びプライマーの場合を含む。
(Probes and/or primers)
The present invention provides a probe and/or primer for digital PDR to detect mutations associated with bladder cancer, suitable for use in the above-mentioned method. In the present invention, the term "probe and/or primer" refers to at least one of the probe and the primer, unless otherwise specified. In other words, the term "probe and/or primer" includes the case of only the probe, the case of only the primer, and the case of both the probe and the primer.
プローブは、目的の変異をしていない配列(wild type)を検出するためのものであってもよく、目的の変異後の配列(mutant)を検出するためのものであってもよい。双方のプローブを備えていてもよい。 The probe may be for detecting a sequence that does not have the desired mutation (wild type), or for detecting a sequence that has the desired mutation (mutant). The device may be provided with both types of probes.
プライマーは、サンプル中の核酸において、目的の変異の位置を含む部分を増幅するためのものであり、通常、プラス鎖に対応したフォワードプライマーと、マイナス鎖に対応したリバースプライマーとの対で用いられる。 Primers are used to amplify the portion of the nucleic acid in the sample that contains the site of the target mutation, and are usually used in pairs: a forward primer that corresponds to the positive strand and a reverse primer that corresponds to the negative strand.
尿沈渣中のDNAを分析するとの観点からは、プローブ及び/又はプライマーは、比較的短い核酸断片を標的配列として増幅し、目的の変異を検出できるように設計されていることが好ましい。通常のPCRでの増幅産物のサイズは100~150bpであり、感度や精度が低下することが問題になる場合がある。分析性能を向上させるためには、増幅産物のサイズをできる限り短くすることが重要だと考えられている(Antonov J,et.al. Lab Invest. 2005 Aug;85(8):1040-50、Kong H,et.al. Sci Rep. 2014 Nov 28;4:7246、Florent Mouliere et.al. PLOS ONE September 2011 Volume 6 Issue 9 e23418)。 From the viewpoint of analyzing DNA in urinary sediments, it is preferable that the probe and/or primer are designed to amplify a relatively short nucleic acid fragment as a target sequence and detect the target mutation. The size of the amplified product in normal PCR is 100-150 bp, and the decrease in sensitivity and accuracy may be a problem. In order to improve analytical performance, it is considered important to shorten the size of the amplified product as much as possible (Antonov J,et.al. Lab Invest. 2005 Aug;85(8):1040-50, Kong H,et.al. Sci Rep. 2014 Nov 28;4:7246, Florent Mouliere et.al. PLOS ONE September 2011 Volume 6 Issue 9 e23418).
例えば、プライマーやプローブのオリゴヌクレオチドにおいて修飾ヌクレオチドを含ませる等の手段により、比較的短い増幅産物、例えば70bp以下の増幅産物による分析を行いうる方法が開発されている。このような方法のためのプライマー、プローブは、Hypercool Primer & ProbeTM(株式会社日本遺伝子研究所、仙台市宮城野区中野一丁目5番地の2)として知られており、そのための設計方法が公開されている(http://ngrl.co.jp/wp/wp-content/uploads/2015/01/eb3607d6c1eb4174f10bb3bde67844fe.pdf)。また、大過剰な非変異配列の存在下で低い割合の変異配列を検出することに関しては、例えば特表2010-535031号公報を参照することができる。この技術は、反応混合物は、臨界変性温度又は非変異配列の融解温度Tmよりも低い温度で処理するプロトコルに基づくものである。 For example, a method has been developed that allows analysis using relatively short amplification products, for example, amplification products of 70 bp or less, by means of including modified nucleotides in the oligonucleotides of primers and probes. Primers and probes for such methods are known as Hypercool Primer & Probe TM (Nihon Gene Research Institute Co., Ltd., 2-5-2 Nakano 1-chome, Miyagino-ku, Sendai-shi), and a design method therefor has been published (http://ngrl.co.jp/wp/wp-content/uploads/2015/01/eb3607d6c1eb4174f10bb3bde67844fe.pdf). For detection of a low proportion of mutant sequences in the presence of a large excess of non-mutated sequences, see, for example, JP2010-535031A. This technology is based on a protocol in which the reaction mixture is treated at a temperature lower than the critical denaturation temperature or the melting temperature Tm of the non-mutated sequences.
好ましい態様の一つにおいては、プローブ及び/又はプライマーは、修飾塩基(修飾ヌクレオチドと称されることもある。)を含む。修飾塩基は、ジアミノ-プリン類似体(例えば、2'-O-メチル-2,6-ジアミノプリン)、ウラシル、ペプチド核酸類似体、ビオチン修飾類似体、フルオロフォア修飾類似体、イノシン、7-デアザグアニン、2'-デオキシ-2'-フルオロ-β-D-アラビノ核酸(2'F-ANA)ヌクレオチド、ロックド核酸(LNAs)、ENAs:2'-O,4'-C-エチレン架橋核酸等を含む。これらの修飾は、マッチ又はミスマッチした塩基間のTmの差異を増大させることができ、高精度の分析を可能とする。 In a preferred embodiment, the probe and/or primer contain modified bases (sometimes referred to as modified nucleotides). Modified bases include diamino-purine analogs (e.g., 2'-O-methyl-2,6-diaminopurine), uracil, peptide nucleic acid analogs, biotin-modified analogs, fluorophore-modified analogs, inosine, 7-deazaguanine, 2'-deoxy-2'-fluoro-β-D-arabinonucleic acid (2'F-ANA) nucleotides, locked nucleic acids (LNAs), ENAs: 2'-O,4'-C-ethylene bridged nucleic acids, and the like. These modifications can increase the difference in Tm between matched and mismatched bases, allowing for highly accurate analysis.
特に好ましい修飾塩基の例は、2-アミノ-デオキシアデニン(2aA)、5-メチル-デオキシシチジン(5mC)である。 Particularly preferred examples of modified bases are 2-amino-deoxyadenine (2aA) and 5-methyl-deoxycytidine (5mC).
プローブ及び/又はプライマーはまた、ミスマッチ(mismatched)塩基又はアンマッチ(unmatched)塩基を含むことができる。核酸技術における当業者であれば、例えば、オリゴヌクレオチドの長さ、オリゴヌクレオチドの塩基組成及び配列、イオン強度、ならびにミスマッチ塩基の含有率等の多数の変数を考慮して、二本鎖安定性を決定することができる。核酸二本鎖の安定性は、融解温度(変成温度ということもある)Tmによって表すことができる。 The probe and/or primer may also contain mismatched or unmatched bases. One of skill in the art of nucleic acid technology can determine duplex stability by considering a number of variables, such as the length of the oligonucleotide, the base composition and sequence of the oligonucleotide, the ionic strength, and the percentage of mismatched bases. The stability of a nucleic acid duplex can be expressed by the melting temperature (sometimes called the denaturation temperature), Tm.
プローブ及び/又はプライマーにロックド核酸を導入することは、相補配列の親和性を向上させ、融解温度を何段階か増加させる(Braasch, D.A. and D.R. Corey, Chem. Biol. (2001), 8:1-7)。ロックド核酸は、立体構造的に制限されたヌクレオチド類似体のクラスを意味する(例えば、WO99/14226、Koshkin, A.A., et al., Tetrahedron (1998), 54: 3607-3630、及びObika, S. et al., Tetrahedron Lett. (1998), 39: 5401-5404参照)。 Introducing locked nucleic acids into probes and/or primers improves the affinity for complementary sequences and increases the melting temperature by several steps (Braasch, D.A. and D.R. Corey, Chem. Biol. (2001), 8:1-7). Locked nucleic acids refer to a class of conformationally restricted nucleotide analogs (see, e.g., WO99/14226; Koshkin, A.A., et al., Tetrahedron (1998), 54: 3607-3630; and Obika, S. et al., Tetrahedron Lett. (1998), 39: 5401-5404).
プローブは、分析が容易となるように、末端付近が修飾されていてもよい。修飾には蛍光物質を用いることができる。蛍光物質の例としては、6FAM(単にFAMと表されることもある。)、 HEX、Tide FluorTM 1、ATTO 390、ATTO 425、LC(登録商標)480Cyan500、ATTO 465、ATTO 488、Tide FluorTM 2、ATTO 495、ATTO 514、ATTO 520、TET、JOE、CAL Fluor 540、Yakima Yellow、ATTO 532、ATTO Rho6G、LC(登録商標)Yellow555、CAL Fluor 560、ATTO 542、Quasar(登録商標)570、Cy3、ATTO 550、TAMRA、Tide FluorTM 3、ATTO 565、ATTO Rho3B、ROX、ATTO Rho11、ATTO Rho12、Cy3.5、ATTO Thio12、ATTO Rho101、LC(登録商標)Red610、CAL Fluor 610、Tide FluorTM 4、ATTO 590、TexasRed(SR101)、ATTO 594、ATTO Rho13、ATTO 610、LC(登録商標)Red670、ATTO 620、LC(登録商標)Red640、ATTO Rho14、ATTO 633、ATTO 647、ATTO 647N、Quasar(登録商標)670、Tide FluorTM 5、Cy5、ATTO 655、ATTO Oxa12、ATTO 665、Tide FluorTM 6、Cy5.5、ATTO 680、LC(登録商標)Red705、Quasar(登録商標)705、ATTO 700、ATTO 725、ATTO 740、Tide FluorTM 7、Tide FluorTM 8が挙げられる。wild typeのためのプローブと、mutantのためのプローブとで異なる蛍光物質を用いることにより、それぞれの同時分析が可能となる。 The probe may be modified near its terminus to facilitate analysis, and the modification may include a fluorescent substance. Examples of fluorescent substances include 6FAM (sometimes simply referred to as FAM), HEX, Tide Fluor ™ 1, ATTO 390, ATTO 425, LC (registered trademark) 480Cyan500, ATTO 465, ATTO 488, Tide Fluor ™ 2, ATTO 495, ATTO 514, ATTO 520, TET, JOE, CAL Fluor 540, Yakima Yellow, ATTO 532, ATTO Rho6G, LC (registered trademark) Yellow555, CAL Fluor 560, ATTO 542, Quasar (registered trademark) 570, Cy3, ATTO 550, TAMRA, Tide Fluor ™ 3, ATTO 565, ATTO Rho3B, ROX, ATTO Rho11, ATTO Rho12, Cy3.5, ATTO Thio12, ATTO Rho101, LC® Red610, CAL Fluor 610, Tide Fluor ™ 4, ATTO 590, TexasRed(SR101), ATTO 594, ATTO Rho13, ATTO 610, LC® Red670, ATTO 620, LC® Red640, ATTO Rho14, ATTO 633, ATTO 647, ATTO 647N, Quasar® 670, Tide Fluor ™ 5, Cy5, ATTO 655, ATTO Oxa12, ATTO 665, Tide Fluor ™ 6, Cy5.5, ATTO 680, LC® Red705, Quasar® 705, ATTO 700, ATTO 725, ATTO 740, Tide Fluor ™ 7, Tide Fluor An example of such a probe is TM 8. By using different fluorescent substances for the wild type probe and the mutant probe, it becomes possible to simultaneously analyze each probe.
プローブはまた、末端付近が消光物質(クエンチャーということもある)で修飾されていてもよい。消光物質の例としては、Dabcyl、BHQ-0(登録商標)、BHQ-1(登録商標)、BHQ-2(登録商標)、BHQ-3(登録商標)、TQTM1、TQTM2、TQTM3、TQTM4、TQTM5、TQTM6、TQTM7、TAMRA、ATTO540Q、ATTO 575Q、ATTO 580Q、ATTO 612Q、BBQ-650(登録商標)が挙げられる。 Probes may also be modified near their termini with quenchers, such as Dabcyl, BHQ-0®, BHQ-1®, BHQ-2®, BHQ-3®, TQ ™ 1, TQ ™ 2, TQ ™ 3, TQ ™ 4, TQ™ 5, TQ ™ 6, TQ™ 7 , TAMRA, ATTO540Q, ATTO 575Q, ATTO 580Q, ATTO 612Q, and BBQ-650®.
本発明により提供される、プローブ及び/又はプライマーの例を下表に示す。表中、小文字のaは修飾されたアデニンであり、小文字のcは修飾されたシトシンを表し、修飾されたアデニンの例は、2-アミノ-デオキシアデニンであり、修飾されたシトシンの例は、5-メチル-デオキシシトシンである(本発明に関して示される他の配列においても同じ。) Examples of probes and/or primers provided by the present invention are shown in the table below. In the table, a lowercase a represents a modified adenine, a lowercase c represents a modified cytosine, and an example of a modified adenine is 2-amino-deoxyadenine, and an example of a modified cytosine is 5-methyl-deoxycytosine (as in other sequences shown in relation to the present invention).
好ましくは、プローブ及び/又はプライマーは、下記の配列を有するプローブ及び/又はプライマーのいずれかである。本発明者らの検討によると、これらのプローブ及び/又はプライマーにより、複数症例をカバーできることがわかっている。 Preferably, the probe and/or primer is any of the probes and/or primers having the following sequences. According to the studies of the present inventors, it has been found that these probes and/or primers can cover multiple cases.
(dPCRの実施)
上述のプライマー、プローブをdPCRのために用いる場合の、プライマー及びプローブの量は、当業者であれば適宜設定できるが、例えば、dPCRの1チップあたり、核酸は0.5~50ng、プライマーは0.02~2.0μM、プローブは0.01~1.0μMの範囲で用いることができる。各々の変異を検出するためのプローブ及び/又はプライマーを、各々個別の容器、例えばチューブに格納されたものとして構成する場合、各々のチューブにおける典型的な濃度は、プライマーは450~3600 nM、好ましくは500~2000 nM、より好ましくは600~1200 nM、例えば900 nMであり、プローブは10~1000 nM、好ましくは50~500 nM、より好ましくは100~300 nM、例えば250 nMでありうる。なお、本発明に関し、プライマー又はプローブの濃度をいうときは、特に記載した場合を除き、1種類のプライマー、1種類のプローブの濃度として述べている。
(Implementation of dPCR)
When the above-mentioned primers and probes are used for dPCR, the amounts of the primers and probes can be appropriately determined by those skilled in the art. For example, the nucleic acid can be used in the range of 0.5 to 50 ng, the primers in the range of 0.02 to 2.0 μM, and the probe in the range of 0.01 to 1.0 μM per dPCR chip. When the probes and/or primers for detecting each mutation are configured to be stored in individual containers, for example, tubes, the typical concentrations in each tube are 450 to 3600 nM for the primers, preferably 500 to 2000 nM, more preferably 600 to 1200 nM, for example 900 nM, and 10 to 1000 nM for the probes, preferably 50 to 500 nM, more preferably 100 to 300 nM, for example 250 nM. In addition, when referring to the concentration of the primers or probes in the present invention, it is stated as the concentration of one type of primer and one type of probe, unless otherwise specified.
dPCRに際し、系の組成は、核酸、プライマー及びプローブの量のほか、当業者には明らかであるように、4種のdNTP、緩衝剤、塩、界面活性剤、鎖伸長反応を触媒する酵素を含むことができる。 In dPCR, the system composition may include the amounts of nucleic acid, primers, and probes, as well as four types of dNTPs, a buffer, salts, surfactants, and an enzyme that catalyzes the chain extension reaction, as will be apparent to those skilled in the art.
本発明者らの検討によると、本発明、実施態様、及び実施例に基づいて設計されたプライマーは、dPCRにおいて450~3600 nMの終濃度で使用されることが好ましい。多くのプライマーにとって、好適な濃度の一例は、900nMである。しかし場合により、その濃度ではPCR反応が効率的に進行しない。そのような場合は、より高い濃度でプライマーを用いることで、PCR反応を適切に進行させることができる。そのような場合は、具体的には、プライマーは、1000~3600 nM、好ましくは1200~3000 nM、より好ましくは1500~2100 nM、例えば1800 nMで用いるとよい。 According to the inventors' study, the primers designed based on the present invention, embodiments, and examples are preferably used in dPCR at a final concentration of 450 to 3600 nM. For many primers, an example of a suitable concentration is 900 nM. However, in some cases, the PCR reaction does not proceed efficiently at that concentration. In such cases, the PCR reaction can be allowed to proceed appropriately by using primers at a higher concentration. In such cases, specifically, the primers are used at 1000 to 3600 nM, preferably 1200 to 3000 nM, more preferably 1500 to 2100 nM, for example 1800 nM.
また、dPCRでは、GC含有率が高い領域を標的とする場合、PCR反応が進行し難い場合がある。例えば、TERT promoter領域はGC含有率が高く、そのままではプライマーによる増幅が困難な場合がある。そのような場合は、7-デアザ-2′-デオキシ-グアノシン-5′-三リン酸(7-deaza dGTP)、又はジメチルスルホキシド(DMSO)を系に添加することにより、dPCRでのアニーリング温度を、通常の場合と同様の温度に揃えることができる。具体的には、7-deaza dGTPを用いる場合は、20~500 μM、好ましくは50~200 μM、より好ましくは75~150 μM、例えば100 μMとなるようにdPCRの系に添加するとよい。あるいは、DMSOを用いる場合は、0.15~3.8 %、好ましくは0.30~2.4 %、より好ましくは0.50~1.0 %、例えば0.75%となるようにdPCRの系に添加するとよい。 In addition, in dPCR, when a region with a high GC content is targeted, the PCR reaction may not proceed smoothly. For example, the TERT promoter region has a high GC content, and amplification by primers may be difficult as is. In such cases, the annealing temperature in dPCR can be adjusted to the same temperature as in normal cases by adding 7-deaza-2'-deoxy-guanosine-5'-triphosphate (7-deaza dGTP) or dimethyl sulfoxide (DMSO) to the system. Specifically, when using 7-deaza dGTP, it is recommended to add it to the dPCR system at 20 to 500 μM, preferably 50 to 200 μM, more preferably 75 to 150 μM, for example 100 μM. Alternatively, when using DMSO, it is recommended to add it to the dPCR system at 0.15 to 3.8%, preferably 0.30 to 2.4%, more preferably 0.50 to 1.0%, for example 0.75%.
本発明者らの検討によると、本発明、実施態様、及び実施例に基づいて設計されたプライマー及びプローブのセットを用いたdPCRにおいては、アニーリングが55~61℃で行われる。より特定すると、ライブラリーに含まれる95%以上のセットについて、同じ温度で、例えば59~61℃で、アニーリングを行うことができる。 According to the inventors' investigations, in dPCR using primer and probe sets designed based on the present invention, embodiments, and examples, annealing is performed at 55 to 61°C. More specifically, annealing can be performed at the same temperature, for example 59 to 61°C, for 95% or more of the sets contained in the library.
通常、異なる増幅標的をもつプライマー及びプローブのセットを用いるdPCRでは、最適な条件が異なることが多い。アニーリング温度がセットによって異なる場合、条件を同時に複数種類設定できるPCR装置を使用しない限り、複数のランに分けてPCR反応を行うこととなり、手間と時間を要する。しかし、本発明、実施態様、及び実施例に拠れば、上記プライマー濃度の調整と試薬の添加により、各セットを用いる場合のアニーリング温度を多くの場合に同じに(例えば60℃に)設定できる。例外的なセットでは、アニーリング温度を58℃、56℃等に設定することが好ましい場合がある。
[ライブラリー]
本発明に用いるプローブ及び/又はプライマーは、ライブラリーとすることができる。ライブラリーとは、プローブ及び/又はプライマーの集合体である。ライブラリーは、典型的な態様として、各々の変異を検出するためのプローブ及び/又はプライマーが各々個別の容器に格納された、容器入りプローブ及び/又はプライマーの集合体が挙げられる。
Usually, in dPCR using sets of primers and probes with different amplification targets, the optimal conditions are often different. If the annealing temperature differs depending on the set, the PCR reaction will be divided into multiple runs unless a PCR device capable of simultaneously setting multiple conditions is used, which requires time and effort. However, according to the present invention, the embodiments, and the examples, by adjusting the primer concentration and adding reagents, the annealing temperature when using each set can be set to the same temperature in many cases (for example, 60°C). In exceptional sets, it may be preferable to set the annealing temperature to 58°C, 56°C, etc.
[Library]
The probes and/or primers used in the present invention may be a library. A library is a collection of probes and/or primers. A typical embodiment of the library is a collection of probes and/or primers in containers, in which the probes and/or primers for detecting each mutation are each stored in an individual container.
ライブラリーは複数箇所の変異を検出するために複数のオリゴヌクレオチドを備えるが、用い方は様々であり得る。典型的には、一人の被験者について目的の変異(1箇所)を分析するために用いられる。例えばある患者について、治療前原発巣で検出された変異が、治療経過中に血液中に検出されるか否かを分析するために用いられる場合があり、また、再発の有無を診断する目的で、治療後にその変異が血液中に検出されるか否かを分析するために用いられる。またライブラリーは、一人の被験者について複数個所の変異を分析するために用いられる場合がある。ライブラリーはさらに、複数の被験者について目的の変異(1箇所)を分析するために用いられる場合、及び複数の被験者それぞれについて複数個所の変異を分析するために用いられる場合等がある。 Although the library contains multiple oligonucleotides for detecting mutations at multiple sites, it can be used in various ways. Typically, it is used to analyze a target mutation (at one site) in a single subject. For example, it may be used to analyze whether a mutation detected in a patient's primary tumor before treatment is detected in the blood during the course of treatment, or to analyze whether the mutation is detected in the blood after treatment in order to diagnose the presence or absence of recurrence. The library may also be used to analyze multiple mutations at multiple sites in a single subject. The library may also be used to analyze a target mutation (at one site) in multiple subjects, or to analyze multiple mutations at multiple sites in each of multiple subjects.
ライブラリーは、プライマーとして機能可能なオリゴヌクレオチドのみからなる場合があり、プローブとして機能可能なオリゴヌクレオチドのみからなる場合があり、双方を含む場合がある。変異を検出する際は、通常、核酸中のポリメラーゼ連鎖反応(PCR)により目的の変異を含む可能性のある部分をプライマーを用いて増幅し、かつ増幅産物に目的の変異があるかをプローブを用いて検出することにより行う。そのため、ライブラリーは、目的の変異に対するプローブとプライマー対とを、セットで含むことが好ましい。なお増幅産物とは、PCRにおいては、PCRで増幅されたDNAのことをいい、アンプリコン(Amplicon)と称されることもある。 The library may consist only of oligonucleotides capable of functioning as primers, may consist only of oligonucleotides capable of functioning as probes, or may contain both. Mutations are usually detected by amplifying a portion of nucleic acid that may contain the target mutation using a primer by polymerase chain reaction (PCR), and then detecting the presence of the target mutation in the amplified product using a probe. For this reason, it is preferable that the library contains a set of a probe and a primer pair for the target mutation. In PCR, the amplified product refers to the DNA amplified by PCR, and is sometimes called an amplicon.
ライブラリーは、がんに関連する変異を検出するためのものであるが、一態様では、対象となる遺伝子で起こりうる変異を非間歇的に検出することができるものでありうる。例えば、TP53に関し、がんに関連した変異が多く見られる195アミノ酸に対するコード領域の変異を非間歇的に検出することができるライブラリーは、具体的には、1755のプライマー・プローブのセットを含む(特許文献1、2参照)。 The library is for detecting mutations associated with cancer, and in one embodiment, it can be capable of non-intermittently detecting mutations that may occur in a target gene. For example, for TP53, a library capable of non-intermittently detecting mutations in the coding region for 195 amino acids in which cancer-associated mutations are frequently observed specifically includes 1,755 primer-probe sets (see Patent Documents 1 and 2).
別の態様では、ライブラリーは、対象となる遺伝子又はそのプロモーター領域で起こりうる変異であって、高い頻度で出現する変異に対するプライマー・プローブセットを含む。本発明者らの検討によると、変異により出現(報告)頻度は大きく異なるため、ライブラリーは、頻度の高い変異を検出対象とすることにより、より網羅的な変異の検出が可能となる。 In another embodiment, the library includes primer-probe sets for mutations that may occur in a target gene or its promoter region and that occur with high frequency. According to the inventors' studies, the frequency of occurrence (reporting) varies greatly depending on the mutation, so by targeting frequent mutations in the library, more comprehensive detection of mutations becomes possible.
したがって、特に好ましいライブラリーの一つは、頻度が高いものから(頻度が高い順に並べたときに順位が高いものから)1種類以上、例えば2種類以上、好ましくは4種類以上、より好ましくは6種類以上、さらに好ましくは10種類以上、さらに好ましくは20種類以上を検出するように設計されたものである。 Therefore, one particularly preferred library is one designed to detect one or more types, for example, two or more types, preferably four or more types, more preferably six or more types, even more preferably ten or more types, and even more preferably twenty or more types, in order of frequency (in order of frequency).
より具体的には、一態様では、ライブラリーは、下表に示す遺伝子又はそのプロモータ領域における、がんに関連する変異を検出するための、複数のプローブ及び/又はプライマーで構成される。 More specifically, in one embodiment, the library is composed of multiple probes and/or primers for detecting cancer-associated mutations in the genes or their promoter regions shown in the table below.
好ましくは、ライブラリーは、下表に示す遺伝子又はそのプロモーター領域における、がんに関連する変異を検出するための、複数のプローブ及び/又はプライマーで構成される。 Preferably, the library is composed of multiple probes and/or primers for detecting cancer-associated mutations in the genes or their promoter regions shown in the table below.
一態様では、ライブラリーは、少なくとも1つのプライマー又はプローブとして、下記のいずれか一の配列(但し、小文字のaは2-アミノ-デオキシアデニンであり、小文字のcは5-メチル-デオキシシトシンである。)からなるプライマー又はプローブを含む。 In one embodiment, the library contains at least one primer or probe having any one of the following sequences (wherein lowercase a is 2-amino-deoxyadenine and lowercase c is 5-methyl-deoxycytosine):
好ましくは、ライブラリーに含まれるプライマー又はプローブは、下記のいずれか一の配列(但し、小文字のaは2-アミノ-デオキシアデニンであり、小文字のcは5-メチル-デオキシシトシンである。)からなるプライマー又はプローブである。
ライブラリーにより、変異の分析に際して、被験者毎にプライマーとプローブを設計し、合成する必要がなくなる。汎用性の高いプライマーとプローブ、又は非間歇的に変異を検出可能なように設計されたプライマーとプローブを含むライブラリーを用いることにより、癌の治療後の再発を早期に診断できる。また、癌患者において個別化した治療後経過観察を容易に実施することができる。 The library eliminates the need to design and synthesize primers and probes for each subject when analyzing mutations. By using a library containing highly versatile primers and probes, or primers and probes designed to detect mutations non-intermittently, recurrence of cancer after treatment can be diagnosed early. In addition, individualized follow-up observation after treatment can be easily performed for cancer patients.
好ましい態様においては、本発明の方法は、次のように実施することができる:
予め準備されている本発明のライブラリー中から、適切だと考えられるセット(例えば原発巣の変異解析で検出された症例特異的変異を分析するためのプライマーとプローブのセット)を得て、必要に応じ、動作を確認した後、被験者から適宜採取したサンプル中の変異DNAの割合 mutant allele frequency (%)をモニタリングする。
In a preferred embodiment, the method of the present invention can be carried out as follows:
From the library of the present invention prepared in advance, a set deemed appropriate (e.g., a set of primers and probes for analyzing case-specific mutations detected by mutation analysis of the primary lesion) is obtained, and if necessary, its operation is confirmed, after which the mutant allele frequency (%) of mutant DNA in samples appropriately collected from the subject is monitored.
以下に実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。 The following examples are provided for further explanation, but the present invention is not limited to these examples.
[方法]
1.腫瘍組織の遺伝子変異解析
膀胱癌に対する経尿道的膀胱腫瘍切除術を施行し、その際に得られた腫瘍組織切除切片のホルマリン固定(Formalin-fixed paraffin-embedded, FFPE)検体から腫瘍組織のDNAを抽出する。腫瘍組織のDNAに対して、ターゲットシークエンスによる網羅的遺伝子変異解析と、膀胱癌において70%程度の頻度で検出されるTERT promoter領域のhot spot変異(C228T, C250T)に対しては、Digital PCR(dPCR)で全例変異解析を行う。この理由は、シークエンスパネルの種類によっては、TERT promoter領域は解析領域に含まれないためである。
[Method]
1. Gene mutation analysis of tumor tissues Transurethral bladder tumor resection is performed for bladder cancer, and tumor tissue DNA is extracted from the formalin-fixed (FFPE) specimen of the tumor tissue resection obtained during the procedure. Comprehensive gene mutation analysis is performed on the tumor tissue DNA by targeted sequencing, and for hot spot mutations (C228T, C250T) in the TERT promoter region, which are detected in approximately 70% of bladder cancer cases, mutation analysis is performed on all cases by digital PCR (dPCR). This is because the TERT promoter region is not included in the analysis region depending on the type of sequencing panel.
2.追跡対象とする遺伝子変異の選択
これら2種類の遺伝子解析によって得られた腫瘍毎の遺伝子変異解析データから、体液中の遺伝子変異モニタリングの対象とする変異を選定する。選定条件としては、データベースを参考に、がん関連遺伝子であること、多型でないこと、COSMIC(Catalogue Of Somatic Mutations In Cancer, https://cancer.sanger.ac.uk/cosmic)のデータベースで報告の多い変異であることなどを考慮する。モニタリングに用いるdPCRのプライマー及びプローブは、優先的に株式会社クオントディテクトで保有するOTSプローブを用い、ライブラリーに含まれない遺伝子変異を選択する場合は、同社にプライマー・プローブの合成を依頼する。
2. Selection of gene mutations to be tracked From the gene mutation analysis data for each tumor obtained by these two types of gene analysis, the mutations to be monitored for gene mutations in bodily fluids are selected. Selection criteria, referring to the database, include whether the gene is a cancer-related gene, whether it is not polymorphic, and whether it is a mutation that has been frequently reported in the COSMIC (Catalogue Of Somatic Mutations In Cancer, https://cancer.sanger.ac.uk/cosmic) database. The dPCR primers and probes used for monitoring will be OTS probes owned by QuantDetect Co., Ltd., and if a gene mutation not included in the library is to be selected, the company will be requested to synthesize the primers and probes.
3.経時的遺伝子変異モニタリング
治療前後やその後の定期検査に合わせて採尿を行い、尿沈渣DNAを抽出する。先の方法で追跡対象として選択した遺伝子変異に対して、尿沈渣DNAをdPCRにより解析し、遺伝子変異のアリル頻度(Valiant allele frequency, VAF)の動態をモニタリングする。
3. Time-course monitoring of gene mutations Urine samples will be collected before and after treatment and at regular examinations thereafter, and urinary sediment DNA will be extracted. For gene mutations selected as targets for tracking using the method described above, urinary sediment DNA will be analyzed by dPCR to monitor the dynamics of the variant allele frequency (VAF).
dPCRに用いたプライマー及びプローブの配列を下表に示す。なお、製造は、株式会社日本遺伝子研究所(〒983-0013 日本国宮城県仙台市宮城野区中野1-5-28)に委託した。 The sequences of the primers and probes used in dPCR are shown in the table below. Production was outsourced to Japan Gene Research Institute Co., Ltd. (1-5-28 Nakano, Miyagino-ku, Sendai, Miyagi Prefecture, Japan 983-0013).
表中、プライマー及びプローブ配列に含まれる小文字のaとcは、それぞれHypercool法プライマー・プローブに用いられる修飾塩基である2aAと5mCを示す。囲んだ箇所は、変異箇所又は変異に対応する箇所である。 In the table, the lowercase letters a and c in the primer and probe sequences represent the modified bases 2aA and 5mC used in the Hypercool primer and probe, respectively. The boxed areas are the mutation sites or the sites corresponding to the mutations.
4.尿沈渣DNAの抽出手順
尿沈渣DNAの抽出にはQuick-DNATM Urine Kit' (ZYMO RESEARCH, California, US)を用いる。尿40mlを採取後、速やかにキット付属のurine conditioning bufferを2.5ml混注し、冷所で保管する。冷所保管後5日以内に遠心分離し、尿沈渣を残して上清を破棄する。キットを用いてDNAを抽出し、-20℃で保管する。
4. Urinary Sediment DNA Extraction Procedure Urinary sediment DNA is extracted using the Quick-DNATM Urine Kit' (ZYMO RESEARCH, California, US). After collecting 40 ml of urine, immediately mix with 2.5 ml of urine conditioning buffer provided with the kit and store in a cool place. After storing in a cool place, centrifuge within 5 days and discard the supernatant, leaving the urinary sediment. Extract DNA using the kit and store at -20°C.
5.dPCR解析手順
dPCR解析には、QuantStudio 3D Digital PCR System (Thermo Fisher Scientific)とQX200(Biorad)を用いた。DNAサンプルは1解析あたり10-20ng使用した。QuantStudio 3D Digital PCR Systemのサーマルサイクラーの設定は、(1)96℃で10分、(2)98℃で30秒と60℃1分で39サイクル繰り返し、(3)60℃で2分の後、10℃で終了とした。QX200のサーマルサイクラーの設定は、(1)95℃10分、(2)94℃で30秒と60℃で1分を39サイクル繰り返し、(3)98℃で10分の後、4℃で終了とした。
5. dPCR Analysis Procedure
dPCR analysis was performed using a QuantStudio 3D Digital PCR System (Thermo Fisher Scientific) and a QX200 (Biorad). DNA samples were used in amounts of 10-20 ng per analysis. The thermal cycler settings for the QuantStudio 3D Digital PCR System were (1) 96°C for 10 min, (2) 98°C for 30 s and 60°C for 1 min, repeated for 39 cycles, (3) 60°C for 2 min, and then stopped at 10°C. The thermal cycler settings for the QX200 were (1) 95°C for 10 min, (2) 94°C for 30 s and 60°C for 1 min, repeated for 39 cycles, (3) 98°C for 10 min, and then stopped at 4°C.
[結果]
実際にdPCRモニタリングを行った症例のうち、2例のVAFの推移と臨床情報のデータを図1及び2に示す。膀胱癌初期治療としてTUR-Bt(経尿道的膀胱腫瘍切除術)を行い、その後無再発で経過した症例(図1)と再発を検出した症例(図2)では、血漿中及び尿沈渣中のVAFは異なる経過を示した。無再発の症例(図1)では、術前に尿沈渣中に検出された遺伝子変異は治療後早期に検出感度以下まで低下し、その後VAFは1%以下の低値で推移した。一方、再発を検出した症例(図2)では、治療後に尿沈査中の遺伝子変異は持続的に検出され、高値で推移し、実際に再発を検出したタイミングまで変異アリル頻度は高値で推移した。
[result]
Figures 1 and 2 show the progression of VAF and clinical information data for two cases in which dPCR monitoring was actually performed. In cases in which TUR-Bt (transurethral resection of bladder tumor) was performed as an initial treatment for bladder cancer and thereafter there was no recurrence (Figure 1) and cases in which recurrence was detected (Figure 2), the VAF in plasma and urinary sediment showed different progressions. In cases without recurrence (Figure 1), the gene mutations detected in the urinary sediment before surgery decreased to below the detection sensitivity early after treatment, and the VAF then remained at low values of less than 1%. On the other hand, in cases in which recurrence was detected (Figure 2), gene mutations were continuously detected in the urinary sediment after treatment and remained at high values, and the mutant allele frequency remained at high values until the time when recurrence was actually detected.
[考察]
本研究の準備段階で、尿の上清及び沈渣の双方をサンプリングし、DNA収集を試みたが、上清においてはDNA収量が少なく、腎臓でろ過された血中DNAも含まれることが懸念された。
[Discussion]
In preparation for this study, we attempted to collect DNA from both the supernatant and sediment of urine samples; however, the DNA yield in the supernatant was low, and we were concerned that it might also contain blood DNA filtered by the kidney.
膀胱内の腫瘍細胞が、壊死や機械的刺激などで尿中に放出された場合、遠心により尿沈渣に分離されると予想されること、また準備段階で沈渣からは十分なDNA収量が得られたことから、尿沈渣を解析すべきと考えられる。 If tumor cells in the bladder are released into the urine due to necrosis or mechanical stimulation, they are expected to be separated into the urinary sediment by centrifugation, and since sufficient DNA was obtained from the sediment in the preparation stage, it is considered that urinary sediment should be analyzed.
血漿DNAは、筋層浸潤や転移を来した場合にctDNAが検出されることが知られている。以上のことから、尿沈渣、又は尿沈渣及び血漿のDNAモニタリングにより、高感度な膀胱癌の再発診断が可能である。 It is known that ctDNA is detected in plasma DNA when muscle invasion or metastasis occurs. Based on the above, DNA monitoring of urine sediments, or urine sediments and plasma, allows for highly sensitive diagnosis of bladder cancer recurrence.
[他のプライマー/プローブ]
他の対象症例でのモニタリングに用いた遺伝子変異の遺伝子、変異情報(Nucleotide change, Amino acid change)、合成(株式会社日本遺伝子研究所(〒983-0013 日本国宮城県仙台市宮城野区中野1-5-28)に委託)、動作を確認したPrimer/Probeの配列情報を下表に示す。これらのPrimer/Probeを用いて同様にdPCRを実施し、動作を確認した。表中、プライマー及びプローブ配列に含まれる小文字のaとc は、それぞれHypercool法プライマー・プローブに用いられる修飾塩基である2aAと5mCを示す。囲んだ箇所 は、変異箇所又は変異に対応する箇所である。
[Other primers/probes]
The table below shows the genes, mutation information (nucleotide change, amino acid change) and synthesis (commissioned to Japan Gene Research Institute Co., Ltd. (1-5-28 Nakano, Miyagino-ku, Sendai, Miyagi Prefecture, Japan 983-0013) of the gene mutations used in monitoring of other target cases, as well as the sequence information of the primer/probe whose operation was confirmed. dPCR was similarly performed using these primers/probes, and their operation was confirmed. In the table, the lowercase letters a and c in the primer and probe sequences represent the modified bases 2aA and 5mC, respectively, used in the Hypercool method primers and probes. The boxed areas are the mutation sites or the sites corresponding to the mutations.
また合成したPrimer/Probeのうち、1つの変異で複数症例をカバーできた変異を下表に示す。これらのPrimer/Probeは、 The following table shows the mutations that covered multiple cases among the synthesized primers/probes. These primers/probes are
[配列表に掲載した配列]
SEQ ID NO:1 Forward primer, STAG2, c.646C>T
SEQ ID NO:2 Reverse primer, STAG2, c.646C>T
SEQ ID NO:3 Probe Wt, STAG2, c.646C>T
SEQ ID NO:4 Probe Mt, STAG2, c.646C>T
SEQ ID NO:5 Forward primer, TERT promoter 228C>T, Chr5:1295228 C>T on hg19, 124bp upstream of the translation start; Forward primer, TERT promotor 250C>T, Chr5:1295250 C>T on hg19, 146bp upstream of the translation start
SEQ ID NO:6 Reverse primer, TERT promoter 228C>T, Chr5:1295228 C>T on hg19, 124bp upstream of the translation start; Reverse primer, TERT promotor 250C>T, Chr5:1295250 C>T on hg19, 146bp upstream of the translation start
SEQ ID NO:7 Probe Wt, TERT promoter 228C>T, Chr5:1295228 C>T on hg19, 124bp upstream of the translation start
SEQ ID NO:8 Probe Mt, TERT promoter 228C>T, Chr5:1295228 C>T on hg19, 124bp upstream of the translation start
SEQ ID NO:9 Probe Wt, TERT promotor 250C>T, Chr5:1295250 C>T on hg19, 146bp upstream of the translation start
SEQ ID NO:10 Probe Mt, TERT promotor 250C>T, Chr5:1295250 C>T on hg19, 146bp upstream of the translation start
SEQ ID NOs:11-134 other Primers and Probes
[Sequences listed in the sequence listing]
SEQ ID NO:1 Forward primer, STAG2, c.646C>T
SEQ ID NO:2 Reverse primer, STAG2, c.646C>T
SEQ ID NO:3 Probe Wt, STAG2, c.646C>T
SEQ ID NO:4 Probe Mt, STAG2, c.646C>T
SEQ ID NO:5 Forward primer, TERT promoter 228C>T, Chr5:1295228 C>T on hg19, 124bp upstream of the translation start; Forward primer, TERT promoter 250C>T, Chr5:1295250 C>T on hg19, 146bp upstream of the translation start
SEQ ID NO:6 Reverse primer, TERT promoter 228C>T, Chr5:1295228 C>T on hg19, 124bp upstream of the translation start; Reverse primer, TERT promoter 250C>T, Chr5:1295250 C>T on hg19, 146bp upstream of the translation start
SEQ ID NO:7 Probe Wt, TERT promoter 228C>T, Chr5:1295228 C>T on hg19, 124bp upstream of the translation start
SEQ ID NO:8 Probe Mt, TERT promoter 228C>T, Chr5:1295228 C>T on hg19, 124bp upstream of the translation start
SEQ ID NO:9 Probe Wt, TERT promoter 250C>T, Chr5:1295250 C>T on hg19, 146bp upstream of the translation start
SEQ ID NO:10 Probe Mt, TERT promoter 250C>T, Chr5:1295250 C>T on hg19, 146bp upstream of the translation start
SEQ ID NOs:11-134 other primers and probes
Claims (13)
変異が、膀胱癌に関連するものであり、
変異の検出のためにプローブ及び/又はプライマーを準備し、
準備したプローブ及び/又はプライマーを用いて、被験者から得た尿沈渣中の核酸を、デジタルPCRで分析する
工程を含む、方法。 1. A method for analyzing genetic mutations in a subject, comprising:
the mutation is associated with bladder cancer,
Providing probes and/or primers for detection of mutations;
The method comprises a step of analyzing nucleic acids in urinary sediment obtained from a subject by digital PCR using the prepared probe and/or primer.
The method according to claim 1 , wherein the mutation is any one selected from the following mutations in genes or promoter regions:
The method according to claim 1 , wherein the mutation is any one selected from the following mutations in the genes:
The polynucleotide according to claim 9, wherein the primer or probe for digital PCR is a primer or probe consisting of any one of the following sequences (wherein lowercase a is 2-amino-deoxyadenine and lowercase c is 5-methyl-deoxycytosine):
The polynucleotide according to claim 9, wherein the primer or probe for digital PCR is a primer or probe consisting of any one of the following sequences (wherein lowercase a is 2-amino-deoxyadenine and lowercase c is 5-methyl-deoxycytosine):
プローブ及び/又はプライマーを準備する工程が、複数のプローブ及び/又はプライマーで構成されるライブラリーであって、複数のプローブ及び/又はプライマーが、請求項10に記載のポリヌクレオチドのいずれかを含む、方法。 2. The method of claim 1 ,
A method, wherein the step of preparing probes and/or primers is a library composed of a plurality of probes and/or primers, the plurality of probes and/or primers comprising any one of the polynucleotides described in claim 10.
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