JP5553661B2 - 癌の再発リスク判定方法 - Google Patents
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Description
また、非特許文献2には、ki67遺伝子を含む21の遺伝子群の発現の有無を解析して再発スコアを算出し、再発スコアの結果を3段階(再発リスクが高い、中程度、低い)に分類して、再発リスク判定を行う方法が記載されている。
この非特許文献2では、再発スコアによる分類結果の信頼性を示す指標として、統計学的手法を用いて算出されたハザードレシオ(hazard ratio:HR)が示されているが、HRの改善されたさらなる判定方法が求められている。
一方、特許文献1には、サイクリン依存性キナーゼ(以下CDKとも言う)を利用した癌の再発リスクを判定する方法が記載されている。この方法では、2種類のCDKの活性値と発現量に基づいて得られた再発リスクスコアと所定の閾値と比較することにより、癌の再発リスク判定を行っている。
癌患者から摘出された組織に含まれる細胞のCDK1の活性値と発現量、CDK2の活性値と発現量、及びKi67タンパク質の発現細胞率又は発現量を取得し、
下記式(1)に基づいて再発リスクスコアを求め、再発リスクスコアと予め設定された第1の閾値とを比較し、Ki67タンパク質の発現細胞率又は発現量と予め設定された第2の閾値とを比較し、
再発リスクスコア≧第1の閾値かつKi67タンパク質の発現細胞率又は発現量≧第2の閾値であるとき、癌の再発リスクが高いと判定し、
再発リスクスコア<第1の閾値かつKi67タンパク質の発現細胞率又は発現量<第2の閾値であるとき、癌の再発リスクが低いと判定し、
前記Ki67タンパク質の発現細胞率が、下記式(2)に基づいて求められた値であることを特徴とする、癌の再発リスク判定方法が提供される。
再発リスクスコア=F(x)×G(y)・・・(1)
(式中、xはCDK1の比活性を表し、このCDK1の比活性は、CDK1の活性値/CDK1の発現量で示される:
式中、yは比活性比を表し、この比活性比は、CDK2の比活性/CDK1の比活性で示される)
Ki67タンパク質の発現細胞率=Ki67タンパク質が発現している細胞の数/測定対象の細胞の数×100・・・(2)
また、本明細書における「再発リスク」とは、癌患者の身体に癌が再発する危険、または癌が再発することによって癌患者が死亡する危険を意味する。本明細書中で特に断らない限り、「再発リスク」はそのいずれも含むものとする。
ここに挙げた複数種のCDKから第1のCDKと第2のCDKとを決定し、癌患者から摘出した組織に含まれる細胞の第1CDK及び第2CDKの活性値と発現量を測定する。
再発リスクスコアRRS=F(x)×G(y)・・・(5)
F(x)=a/(1+Exp(−(x−b)×c))・・・(6)
G(y)=d/(1+Exp(−(y−e)×f))・・・(7)
(式中、a〜fは定数)
上記式において、xは第1CDKの比活性を表し、yは比活性比を表す。ここで、CDK比活性は、CDK活性値/CDK発現量で示され、比活性比は、第2CDK比活性/第1CDK比活性で示される。
CDK比活性は、CDKの発現量に対する活性値の比である。CDK比活性は、試料に含まれる単位CDKタンパク質量あたりのCDK酵素活性を反映する値であって、細胞に存在しているCDKのうちの活性を示すCDKの割合に相当し、判定対象である腫瘍細胞の増殖状態に基づくCDK活性レベルを示す。
一般に、癌細胞は正常な増殖制御を逸脱して増殖が活発に行われていることから、DNAの複製期であるS期と、DNA合成の終了から有糸分裂の開始の間であるG2期にある細胞の割合が多い場合に、その細胞が癌化しているものと考えることができる。また、癌細胞に見られる異数倍体性は、細胞分裂期であるM期を異常な状態で経過した場合や、又はM期を経ずにG1期に進み、そのままS期に移行したときに発生するものと考えられるため、M期に存在する細胞割合が少ない場合にも、その細胞が癌化していると考えることができる。
上記において例示したように、第1CDK比活性と、第2CDK比活性とに基づくCDK比活性比を得ることにより、細胞の増殖速度(癌の再発リスク)に相関する値を得ることができる。
しかし、CDK1比活性が異常に大きい場合には、CDK比活性比が細胞の増殖速度に相関しない場合がありうる。例えば、上記において例示したように、第1CDKとしてCDK1を、第2CDKとしてCDK2を用いてCDK比活性比を求めたとき、CDK1比活性が異常に大きい場合には、CDK比活性比の値は小さくなる。これは別の観点からみれば、CDK1と複合体を形成するサイクリンが高発現し、CDK1が異常に活性化されているとも考えられる。細胞は、ある細胞周期に活性化するCDKが少なくても、他の特定のCDKが代償的に働くことによって増殖することが可能であるとも考えられており、特定のCDKが異常に活性化されている場合にも、細胞動態に異常を来たしていると考えることができる。
RRS=RS(A)×RS(B)・・・(8)
が成り立つ。
図3(a)は、複数の癌患者から得られたCDK1比活性と癌の再発率との関係を示したヒストグラムであり、図3(b)は、複数の癌患者から得られたCDK1とCDK2の比活性比と癌の再発率との関係を示したヒストグラムである。同図においては、複数の癌患者を、当該癌患者から得られたCDK1比活性、又はCDK1とCDK2の比活性比に基づいて階級分けし、各階級に含まれる症例の総数を白抜きの棒グラフで、各階級に含まれる再発症例を網掛けの棒グラフで示した。さらに、各階級における癌の再発確率(再発症例数/症例総数)を求め、折れ線で示した。
RS(A);F(x)=a/(1+Exp(−(x−b)×c))・・・(9)
RS(B);G(y)=d/(1+Exp(−(y−e)×f))・・・(10)
(式中、a〜fは定数)
以上より、再発リスクスコアRRSは、
RRS=F(x)×G(y)・・・(11)
によって表され、上記式(5)を導くことができる。
Ki67発現細胞数の割合から求められるKi67発現細胞率は、Ki67が発現している細胞の数を測定対象の細胞の数で除することにより求めることができる(下記式(12))。
Ki67発現細胞率=Ki67が発現している細胞の数/測定対象の細胞の数×100・・(12)
なお、Ki67発現細胞率は、癌患者から悪性腫瘍を取り除くために摘出した組織に含まれる細胞の数のうち、Ki67が発現している細胞の割合とすることが好ましい。
具体的には、癌患者の再発リスクスコアと第1の閾値とを比較し、癌患者のKi67発現細胞率と第2の閾値とを比較して、癌患者の再発リスクスコアが第1の閾値より高い、かつKi67発現細胞率が第2の閾値より高い場合には、再発リスクが高いと判定することができる。
Ki67発現細胞率においても同様に閾値を設定することができる。例えば、癌の悪性度についての病理医の判定が既知である複数の癌患者から摘出された組織の腫瘍細胞のそれぞれについて、上記(12)式に基づいてKi67発現細胞率を算出し、癌の再発が認められた患者群と、癌の再発が認められなかった患者群の2集団に分類しうるような値を閾値として設定することができる。
なお、Ki67発現量においても上記と同様に閾値を設定することができ、再発リスクスコア及びKi67発現量と、予め設定された閾値とを比較することによって癌の再発リスクを判定するようにしてもよい。
ROM110bは、マスクROM、PROM、EPROM、EEPROM等によって構成されており、CPU110aに実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータが記録されている。
RAM110cは、SRAM又はDRAM等によって構成されている。RAM110cは、ROM110b及びハードディスク110dに記録されているコンピュータプログラムの読み出しに用いられる。また、これらのコンピュータプログラムを実行するときに、CPU110aの作業領域として利用される。
再発リスクスコアが第1の閾値以上かつKi67発現細胞率が第2の閾値以上の場合、癌の再発リスクが「高い」と判定する(ステップS2)。再発リスクスコアが第1の閾値未満またはKi67発現細胞率が第2の閾値未満の場合、ステップS3へ進む。
乳癌細胞株をヌードマウスの皮下に移植し、担癌マウスを作成した。移植後、16日〜42日目に腫瘍を摘出し、各腫瘍の重量と、CDK1及びCDK2の比活性比(SA)を測定した。
19種類の乳癌細胞株を、37度のCO2インキュベーターで培養し細胞を回収した(Ca.70%Confliency)。各細胞株の培養条件については下記の表1に示す。
回収した各細胞株を1×108個/mLになるように懸濁し、高濃度マトリジェルで2倍希釈したのち、100uLずつヌードマウスの皮下に移植した。
各細胞株を移植後、16日〜42日後に摘出して重量を測定した後に液体窒素にて凍結保存した。このとき、下記の表1に示すHCC1806については増殖速度が速く16日目に摘出したが、その他の細胞株については、28日〜42日の間で腫瘍細胞が十分な大きさに達したものから摘出した。
算出した値を下記の表2に示す。
摘出した各腫瘍細胞のCDK1及びCDK2の活性値と発現量を測定した。
「測定用試料の調製」
摘出した腫瘍細胞と、緩衝液A(0.1w/v%のノニデットP−40(カルビオケム社)、50mMのトリス塩酸(pH7.4)、5mMのEDTA、50mMのフッ化ナトリウム、1mMのオルトバナジン酸ナトリウム及び100μl/mlのプロテアーゼ阻害剤カクテルを含む)を、腫瘍細胞の濃度が約150mg/mlとなるように懸濁し、チューブに収容した。
そしてチューブ内の腫瘍細胞を電動ホモジナイザを用いてホモジナイズし、腫瘍細胞を破砕して細胞可溶化液を調製した。次に、細胞可溶化液を4℃で15000rpm、5分間遠心分離し、上清を測定用試料として用いた。
PVDFメンブレン(ミリポア社製)をセットしたブロッターの各ウェルに、測定用試料を50μlずつ収容し、ウェルの底面、すなわちメンブレンの裏面から負圧約250mmHgで約30秒間吸引してメンブレンに測定用試料中のタンパク質を吸着させた。ウェルに洗浄液B(25mMのトリス塩酸(pH7.4)及び150mMのNaClを含む)を100μl収容し、負圧500mmHgで15秒間吸引してメンブレンを洗浄した。洗浄後、ブロッキング試薬B(4%のBSA、25mMのトリス塩酸(pH7.4)及び150mMのNaClを含む)を各ウェルに40μl収容し、15分間静置した後、負圧500mmHgで15秒間吸引してメンブレンをブロッキングした。
ブロッキング後、ウェルにCDK1に特異的に結合するウサギ抗CDK1抗体(一次抗体)溶液40μlを収容し、室温で約30分間静置してメンブレンのCDK1と一次抗体とを反応させた後、ウェル底面から負圧500mmHgで15秒間吸引した。ウェルに洗浄液Bを100μl収容し、負圧500mmHgで15秒間吸引してメンブレンを洗浄した。ウェルにビオチン化した抗ウサギIgG−B抗体(二次抗体)溶液40μlを収容し、室温で約30分間静置してメンブレンの一次抗体と二次抗体とを反応させた後、ウェル底面から負圧500mmHgで15秒間吸引した。ウェルに洗浄液Bを100μl収容し、負圧500mmHgで15秒間吸引してメンブレンを洗浄した。ウェルにFITCで標識したストレプトアビジンを含む標識溶液50μlを収容し、室温で30分間静置して、メンブレンの二次抗体をFITCで標識した後、ウェル底面から負圧500mmHgで15秒間吸引した。
ウェルに洗浄液Bを50μl収容し、負圧500mmHgで15秒間吸引した。これを5回繰り返し、メンブレンを洗浄した。
メンブレンをブロッターからとりはずし、20%メタノールで5分間濯ぎ、20分間室温で乾燥させた後、メンブレンに吸着されたタンパク質の蛍光強度を、蛍光イメージアナライザによって分析、測定した。測定値は、検量線をもとに算出した。
検量線は、0.005%のノニデットP−40及び50μg/mlのBSAを含む洗浄液B中に、5種類の濃度の組換えCDK1を溶解した溶液を、上記と同様に処理したウェルに50μlずつ注入し、上記と同様の実験手順でFITC標識し、蛍光強度を測定して、蛍光強度とCDK1発現量との関係を表したものである。
そして、CDK2発現量の測定は、一次抗体としてウサギ抗CDK1抗体ではなくウサギ抗CDK2抗体を用いること以外は上述のCDK1の発現量測定と同様の実験手順で行なった。
1.5mlエッペンドルフチューブに緩衝液Aを500μl収容し、さらに測定用試料を添加した。測定用試料は、チューブに収容した混合液中の全タンパク質量が100μgとなるように調節して添加された。ここに抗CDK1抗体2μg及び20μlのプロテインAをコートしたセファロースビーズを加えて4℃、1時間静置してCDK1と抗CDK1抗体とを反応させた。反応後、ビーズをビーズ洗浄用緩衝液(0.1w/v%のノニデットP−40及び50mMのトリス塩酸(pH7.0)を含む)で三回洗浄し、15μlの溶解緩衝液A中に再懸濁させて、抗CDK1抗体を介してCDK1が結合したセファロースビーズを含む試料を得た。
この試料に、CDK1の基質溶液(10μgヒストンH110μg、5mMのATP−γS(シグマ社)、20mMのトリス塩酸(pH7.4)及び0.1%のTritonX−100を含む)を添加した。基質溶液は、チューブに収容した混合液の総量が50μlとなるように調節して添加された。これを37℃で10分間震蕩してキナーゼ反応を行ない、ヒストンH1にモノチオリン酸基を導入した。
キナーゼ反応後、2000rpmで20秒間遠心分離してビーズを沈殿させ、上清18μlを採取した。この上清に、結合緩衝液(150mMのトリス塩酸(pH9.2)及び5mMのEDTAを含む)15μlと、10mMのヨードアセチルビオチン溶液(100mMのトリス塩酸(pH7.5)及び1mMのEDTAを含む)とを添加して90分間、室温、暗所で静置することにより、モノチオリン酸基を導入された基質(モノチオリン酸化基質)の硫黄原子にヨードアセチルビオチンを結合させた。尚、ヨードアセチルビオチンとモノチオリン酸基との反応の停止は、2−メルカプトエタノールの添加により行なった。ヨードアセチルビオチンが結合したモノチオリン酸化基質0.4μgを含む試料を、スロットブロッターを用いてPVDFメンブレン上にブロットした。
このPVDFメンブレンを1w/v%のBSAを含む溶液でブロッキングし、ストレプトアビジン−FITC(ベクター社)を添加して37℃で一時間反応させた。反応後、PVDFメンブレンを50mMの洗浄液Bで三回洗浄した。洗浄後、蛍光イメージアナライザを用いてPVDFメンブレンの蛍光分析を行なった。活性値は、検量線に基づいて算出された。
ここで検量線は、活性型CDK1リコンビナント分子の段階希釈を試料とし、上記測定方法を用いて作成することができる。従って、測定されるCDK1の活性1U(ユニット)は、活性型リコンビナント分子(約1ng)のときに与えられるリン酸化基質量蛍光量と同等である。
CDK2の活性値は、抗CDK1抗体、及び活性型CDK1リコンビナント分子ではなく、抗CDK2抗体及び活性型CDK2リコンビナント分子を用いること以外はCDK1の活性値の測定と同様にして測定された。
本実施形態による判定方法を用いた癌患者の再発リスク判定について検証した。
表4に示す条件を満たした乳癌患者133名から摘出された各乳腺組織に含まれる細胞のCDK1、CDK2の発現量と活性値を測定した。なお、細胞のCDK1及びCDK2の発現量と活性値については、腫瘍細胞の代わりに各乳腺組織を用いた以外は、実施例1と同様の方法で測定した。
RS1;F(x)=0.15/(1+Exp(−(x−1.6)×7) ・・・(13)
RS2;G(y)=0.25/(1+Exp(−(y−1.0)×6) ・・・(14)
RRS=3000×F(x)×G(y)・・・(15)
x=CDK1活性値/CDK1発現量
y=(CDK2活性値×CDK1発現量)/(CDK2発現量×CDK1活性値)
Highグループ: RRS≧3.0
Lowグループ: RRS<3.0
上記の乳癌患者133人から摘出された各乳腺組織に含まれる細胞を用いて、Ki67が発現している細胞数の割合を測定した。
測定は、上記採取された細胞をKi67抗原に対するMIB抗体を用いて標識し、自動免疫装置によって染色し、全細胞における染色された細胞数の数を画像解析装置で測定する方法を用いた。
MIB抗体による標識は、ダコ M7240,Monoclonal Mouse Anti−Human Ki−67 antigen(dako社製)を用い、染色検出については、免疫染色用検出キットとして、ダコ K4061,EnVision+DualLink(dako社製 )及びダコ K3468,DAB+(dako社製)を用いた。
また、自動免疫染色機は、S3400 Autostainer(dako社製)を用い、画像解析は、ScanScope CS system (Aperio社製)及び画像解析ソフト Nuclear v9 を用いた。なお、上記の標識、染色検出、及び解析に関しては、添付のプロトコールに沿って行った。
上記で求めたCDKに基づく再発リスクスコアによる再発リスク判定と、Ki67発現細胞数に基づく再発リスク判定とを組み合わせて、検体をHighリスクとLowリスクに分類した。分類は、再発リスクスコアに基づく再発リスク判定とKi67発現細胞数に基づく再発リスク判定共にHighと判定された検体をHighリスク群とし、共にLowリスク群と判定された検体をLowリスク群とし、その他の検体をInt.リスク群として分類した。分類した結果を表7に示す。
各判定における累積再発確率、及びハザード比を算出した結果を表8に示す。
また、HR(ハザードレシオ)の値は、CDK及びKi67に基づく再発リスク判定は、CDKに基づく再発リスク判定、及びKi67に基づく再発リスク判定に比べて、顕著に高いことが分かる。このことから、CDK及びKi67に基づく再発リスク判定の結果は、CDKに基づく再発リスク判定、及びKi67に基づく再発リスク判定と比較して、非常に高い信頼性のある判定結果であることがわかる。
Claims (7)
- 癌患者から摘出された組織に含まれる細胞のCDK1の活性値と発現量、CDK2の活性値と発現量、及びKi67タンパク質の発現細胞率又は発現量を取得し、
下記式(1)に基づいて再発リスクスコアを求め、再発リスクスコアと予め設定された第1の閾値とを比較し、Ki67タンパク質の発現細胞率又は発現量と予め設定された第2の閾値とを比較し、
再発リスクスコア≧第1の閾値かつKi67タンパク質の発現細胞率又は発現量≧第2の閾値であるとき、癌の再発リスクが高いと判定し、
再発リスクスコア<第1の閾値かつKi67タンパク質の発現細胞率又は発現量<第2の閾値であるとき、癌の再発リスクが低いと判定し、
前記Ki67タンパク質の発現細胞率が、下記式(2)に基づいて求められた値であることを特徴とする、癌の再発リスク判定方法。
再発リスクスコア=F(x)×G(y)・・・(1)
(式中、xはCDK1の比活性を表し、このCDK1の比活性は、CDK1の活性値/CDK1の発現量で示される:
式中、yは比活性比を表し、この比活性比は、CDK2の比活性/CDK1の比活性で示される)
Ki67タンパク質の発現細胞率=Ki67タンパク質が発現している細胞の数/測定対象の細胞の数×100・・・(2) - F(x)及びG(y)は、下記式(3)及び(4)である、請求項1に記載の癌の再発リスク判定方法。
F(x)=a/(1+Exp(−(x−b)×c))・・・(3)
G(y)=d/(1+Exp(−(y−e)×f))・・・(4)
(式中、a〜cはxと癌の再発率との相関関係から定められた定数であり、d〜fはyと癌の再発率との相関関係から定められた定数である) - 再発リスクスコア<第1の閾値かつKi67タンパク質の発現細胞率<第2の閾値であるとき、癌の再発リスクが低いと判定する、請求項1又は2に記載の癌の再発リスク判定方法。
- 再発リスクスコア<第1の閾値かつKi67タンパク質の発現細胞率又は発現量≧第2の閾値、又は、再発リスクスコア≧第1の閾値かつKi67タンパク質の発現細胞率又は発現量<第2の閾値であるとき、癌の再発リスクが中程度であると判定する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の癌の再発リスク判定方法。
- 前記Ki67タンパク質の発現細胞率又は発現量は、Ki67タンパク質の発現細胞率である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の癌の再発リスク判定方法。
- 癌患者から摘出された組織が乳腺組織である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の癌の再発リスク判定方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の癌の再発リスク判定方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
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