СПОСОБ АНАЛИЗА НАРУШЕНИЙ, СВЯЗАННЫХ С РАКОМ ЯИЧНИКОВ
METHOD FOR ANALYSING DISORDERS RELATED TO OVARIAN CARCINOMA

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к области биологии и химии, более конкретно, к области молекулярной биологии и генетики человека. Изобретение относится к области определения метилированных участков в ДНК человека, в особенности метилированных участков в некоторых определенных последовательностях, которые в тех случаях, когда метилированы, являются признаком рака яичников.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Рак яичников является пятой основной причиной смертности от злокачественных опухолей у женщин, основной причиной смертности от гинекологических злокачественных заболеваний и вторым чаще всего диагностируемым гинекологическим злокачественным заболеванием (The Merck Manual of Diagnosis and Therapy Section 18. Gynecology And Obstetrics Chapter 241. Gynecologic Neoplasms).
Оно является идиопатическим, что означает, что точная причина обычно неизвестна. Это заболевание больше распространено в промышленно развитых странах, за исключением Японии. В Соединенных Штатах Америки риск возникновения рака яичников у женщин за время жизни составляет от 1,4% до 2,5% (1 из 40-60 женщин).
Более половины смертей от рака яичников имеет место у женщин в возрасте от 55 до 74 лет, и приблизительно одна четверть смертей от рака яичников имеет место у женщин в возрасте от 35 до 54 лет.
На риск возникновения рака яичников, по-видимому, влияют несколько факторов.
Зависимость от использования средства для лечения бесплодия, такого как цитрат кломифена, являлась неоднозначной. Анализ в 1991 году увеличил вероятность того, что использование лекарственных средств может увеличить риск возникновения рака яичников. С тех пор было проведено несколько групповых исследований и исследования методом случай-контроль, не предоставляющих убедительное доказательство для такой зависимости.
Существуют достоверные сведения, что важную роль играют генетические факторы. Носители определенных мутаций гена BRCA1 или BRCA2, чаще встречаемых в некоторых популяциях (например, еврейские женщины ашкенази), находятся в группе более высокого риска возникновения как рака молочной железы, так и рака яичников, часто в более раннем возрасте, чем в основной популяции. У пациентов с раком молочной железы в анамнезе или с раком молочной железы и/или яичников в семейном анамнезе, особенно если в молодом возрасте, может иметь место повышенный риск. Тяжелый семейный анамнез в отношении рака матки, рака толстого кишечника или других злокачественных образований желудочно-кишечного тракта может указывать на наличие синдрома, известного как наследственный неполипозный колоректальный рак (HNPCC, также известного как синдром Линча II), который придает более высокий риск возникновения рака яичников.
Другие факторы, которые были исследованы, такие как использование талька, воздействие асбеста, высокое содержание жира в пище и инфицирование свинкой в детстве, являются неоднозначными и не были окончательно доказаны.
Рак яичников классифицируют в зависимости от гистологии опухоли (коды ICD-O). Гистология определяет множество аспектов клинической терапии, коррекции и прогноза.
Опухоли яичников можно классифицировать по их предполагаемой клетке-предшественнице. Основные категории представляют собой поверхностные эпителиально-стромальные опухоли, опухоли стромы полового тяжа яичников (ICD-O 8590), герминогенные опухоли (ICD-O 9060-9090) и вторичные или метастатические опухоли.
Поверхностные эпителиально-стромальные опухоли являются наиболее распространенными и типичными видами рака яичников. Они, как полагают, происходят из поверхностной выстилки яичника и включают в себя серозную цистаденокарциному (8441/3) и муцинозную цистаденокарциному (8470/3). Брюшная полость выстлана такими же клетками, которые составляют поверхностную выстилку яичника, и возможно, что рак начался там, в таком случае его называют первичным перитонеальным раком. Лечение, однако, в основном такое же, как и лечение рака яичников.
Опухоли стромы полового тяжа яичников (8590) включают в себя поражения, которые являются гормонально активными, такие как эстроген-продуцирующая гранулезоклеточная опухоль (8620/3) и вирилизирующая опухоль из сертолилейдиговских клеток или арренобластома.
Герминогенные опухоли (9060-9090) яичника происходят из половых клеток и имеют тенденцию возникать у молодых женщин и девочек. Эти опухоли составляют приблизительно 5% случаев рака яичников. Они имеют тенденцию хорошо инкапсулироваться, и большинство является доброкачественными, таким образом, прогноз, чем для других опухолей яичников.
Существуют также смешанные опухоли, вторичные или метастатические опухоли.
Рак яичников часто является первичным, но также может быть вторичным, то есть быть результатом метастазов от первичных злокачественных опухолей в других местах организма, например от рака молочной железы или рака желудочно-кишечного тракта, и в этом случае рак яичников является раком Крукенберга.
Исторически рак яичников называли «тихим убийцей», поскольку считалось, что симптомы не проявлялись до тех пор, пока шанс на излечение не становился мал. Тем не менее, недавние исследования показали, что этот термин неверный и что следующие ниже симптомы, по всей вероятности, имеют место у женщин с раком яичников, чем у женщин в основной популяции. Такие симптомы включают в себя вздутие, тазовую или брюшную боль, затрудненное питание или быстрое чувство насыщения, симптомы со стороны мочевой системы (императивные позывы или частота).
Диагностика на ранней стадии связана с улучшенным прогнозом.
Женщины с раком яичников обычно сообщали о нескольких других симптомах. Эти симптомы включают в себя утомляемость, расстройство пищеварения, позвоночную боль, боль при половом контакте, запор и нарушение менструального цикла. Однако эти другие симптомы не применимы при распознавании рака яичников, поскольку их также обнаруживают с одинаковой частотой у женщин из основной популяции, у которых нет рака яичников.
Рак яичников на его ранних стадиях (I/II) трудно диагностировать, пока он не распространится и не перейдет на более поздние стадии (III/IV). Это происходит вследствие того, что большинство обычных симптомов являются неспецифичными.
Рак яичников имеет неблагоприятный прогноз. Он непропорционально летален, поскольку симптомы смазаны и неспецифичны, таким образом диагностирование запаздывает. Более чем у 60% пациентов, страдающих этим раком, уже имеет место рак III стадии или IV стадии, когда он уже распространился за пределы яичников.
Из видов рака яичников, которые являются злокачественными, клетки отслаиваются в естественную жидкость в брюшной полости. Эти клетки могут имплантироваться в другие брюшные (перитонеальные) структуры, включающие в себя матку, мочевой пузырь, кишечник, выстилку стенок кишечника (сальник) и даже может распространиться в легкие. Эти клетки могут начать формировать новый опухолевый рост прежде, чем даже начнут подозревать наличие рака.
Более чем 50% женщинам с раком яичников диагноз ставят на поздних стадиях заболевания, поскольку не существует экономичного по стоимости скрининг-теста в отношении рака яичников. Пятилетняя выживаемость для всех стадий составляет только от 35% до 38%. Если, тем не менее, диагноз поставили на ранней стадии заболевания, пятилетняя выживаемость может достигать от 90% до 98%.
Таким образом, было бы полезно обладать способом анализа нарушений, связанных с раком яичников, а также способом выявления рака яичников у пациента.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении описан способ анализа нарушений, связанных с раком яичников, включающий определение в панели последовательностей ДНК геномного статуса метилирования одного или нескольких CpG-динуклеотидов в каждой последовательности, где последовательности ДНК выбраны из группы SEQ ID NO:1-91 и в особенности из группы последовательностей согласно SEQ ID NO:1-10 и/или SEQ ID NO:50-60.
Изучаемые области обозначены в таблице 1A и таблице 1B («начало» и «конец»).
CpG-островки представляют собой области, где присутствует большое количество цитозина и гуанина, расположенных рядом друг с другом в основной цепи ДНК (то есть связаны фосфодиэфирными связями). Они расположены в промоторах или поблизости приблизительно 40% промоторов генов млекопитающих (приблизительно в 70% промоторов человека). «p» в условном обозначении CpG обозначает фосфодиэфирную связь между цитозином и гуанином.
Размер CpG-островка обычно составляет 100-3000 нуклеотидных пар. Эти области характеризуются содержанием CpG-динуклеотида равным или большим, чем статистически ожидалось бы (≈6%), тогда как у остальной части генома имеет место намного более низкая частота CpG (≈1%), явление, называемое супрессией CG. В отличие от CpG-участков в кодирующей области гена, в большинстве случаев, CpG-участки в CpG-островах промоторов неметилированны, если гены экспрессируются. Это наблюдение привело к предположению, что метилирование CpG-участков в промоторе гена может блокировать экспрессию гена. Метилирование является основным для импринтинга наряду с модификациями гистонов. Обычным формальным определением CpG-островка является область по меньшей мере из 200 н.п. и с процентным содержанием CG, которое больше 50%, и с соотношением наблюдаемых/ожидаемых CpG, которое больше 0,6.
В настоящем изобретении CpG-динуклеотид представляет собой CpG-динуклеотид, который можно обнаружить в метилированном и неметилированном состоянии in vivo, в частности, у человека.
Изобретение относится к способу, где первичное злокачественное новообразование выявляют, используя паттерн метилирования одной или нескольких описываемых в настоящем документе последовательностей, и также, где полученный паттерн метилирования используют для предсказания терапевтического ответа при лечении рака яичников.
В настоящем изобретении под пациентом понимают всех лиц, пациентов, животных, безотносительно того, проявляются ли у них или нет патологические изменения. В толковании по изобретению любой образец, полученный из клеток, тканей, органов, организмов или тому подобного, может представлять собой образец пациента, которому необходимо поставить диагноз. В предпочтительном варианте осуществления пациент по изобретению является человеком. В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения пациент является человеком, у которого, как полагают, имеет место заболевание, выбранное из группы первичного рака яичников, вторичного рака яичников, поверхностной эпителиально-стромальной опухоли, опухоли стромы полового тяжа яичников, герминогенной опухоли.
Способ предназначен для применения при усовершенствованной диагностике, лечении и отслеживании пролиферативных нарушений в клетках яичника, например, обеспечивая улучшенную идентификацию и дифференцирование между подклассами указанного нарушения и генетической предрасположенности к указанным нарушениям. Изобретение представляет собой усовершенствования существующего уровня техники, в котором оно обеспечивает высокоспецифичную классификацию пролиферативных нарушений в клетках яичника, таким образом позволяя проводить усовершенствованное и информированное лечение пациентов.
В настоящем изобретении заявленные последовательности также охватывают последовательности, которые обратно комплементарны обозначенным последовательностям.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показан способ определения дифференциально метилированных областей генома. Этот способ более подробно описан в примерах.
На фиг.2 показаны разделенные на кластеры образцы (колонки) в зависимости от локусов метилирования (строки). Характерные признаки метилирования могут отличаться между опухолями (левая часть шкалы сверху) и нормальной тканью (правая часть шкалы сверху).
На фиг.3 показана кластеризация образцов яичника на основании характеристик метилирования. Неконтролируемая кластеризация может отличать нормальные и опухолевые образцы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что небольшую подборку последовательностей ДНК можно использовать для анализа нарушений, связанных с раком яичников. Это осуществили, определяя геномный статус метилирования одного или нескольких CpG-динуклеотидов в любой из последовательностей, описываемых в настоящем документе, или ее обратно комплементарной последовательности. Идентифицировали всего приблизительно 900 последовательностей, которые подходят для такого анализа. Оказалось, что 91 последовательность особенно подходят.
На основе только 10 последовательностей, таких как первые десять из таблицы 1A или B (p-значение 0,0001), возможно достичь точности классификации 94%. Последовательности можно обнаружить в генах, как можно увидеть в таблице 1A ниже.
<b>Таблица 1A</b>
SEQ ID NO:
ID
Хромосома
Начало
Конец
Р-значение
Ген
Промотор
1
ID88611
chr19
5631787
5631904
0,0000315
AY313896
2
ID175860
chr9
5440496
5442012
0,0000634
BC069381
3
ID83251
chr18
42804624
42805591
0,0000758
TCEB3C
4
ID123662
chr22
46348054
46348410
0,0000952
FLJ46257
5
ID90252
chr19
12706515
12706562
0,000100964
ASNA1
6
ID88853
chr19
6410747
6411538
0,000109899
CRB3
7
ID106715
chr2
1,53E+08
1,53E+08
0,000132458
FMNL2
8
ID76937
chr17
45397876
45398117
0,000136
DLX4
9
ID22548
chr10
1,01E+08
1,01E+08
0,000148441
NKX2-3
10
ID45743
chr13
35818685
35818932
0,000157858
SPG20
11
ID106499
chr2
1,39E+08
1,39E+08
0,000180479
LOC339745
12
ID131616
chr3
1,63E+08
1,63E+08
0,000188374
BC071875
13
ID33153
chr11
77528404
77528466
0,00021029
ALG8
14
ID69601
chr16
88084505
88084566
0,000224742
ANKRD11
15
ID55562
chr15
39412526
39412630
0,000231649
OIP5
16
ID82852
chr18
31178284
31178321
0,00026884
AF542097
17
ID188098
chrX
1,14E+08
1,14E+08
0,000276279
BC028688
18
ID125695
chr3
28365531
28365798
0,000277255
AZI2
19
ID69407
chr16
87450852
87451117
0,000303853
BC011369
20
ID147776
chr5
1,75E+08
1,75E+08
0,000354
DRD1
21
ID129197
chr3
1,12E+08
1,12E+08
0,000378924
BC067808
22
ID39382
chr12
54509420
54509575
0,000415538
AK057179
23
ID138427
chr4
1,21E+08
1,21E+08
0,00047605
MAD2L1
24
ID5570
chr1
31752564
31752750
0,000526242
HCRTR1
25
ID120807
chr22
23313706
23314029
0,000548859
LOC388886
26
ID175953
chr9
6747544
6747604
0,000597361
AB018323
27
ID163464
chr7
89868741
89869864
0,000623
PFTK1
28
ID119641
chr22
17268168
17268417
0,000639985
BC047039
29
ID43355
chr12
1,24E+08
1,24E+08
0,000681142
BRI3BP
30
ID148329
chr5
1,77E+08
1,77E+08
0,000707
NY-REN-7
31
ID178503
chr9
88845701
88845932
0,000731649
AK129921
32
ID21652
chr10
88717549
88718107
0,000744071
C10orf116
33
ID179700
chr9
1,07E+08
1,07E+08
0,000767134
RAD23B
34
ID77161
chr17
46299407
46299451
0,000793328
TOB1
35
ID40416
chr12
74712124
74712190
0,000802
PHLDA1
36
ID149652
chr6
6572127
6575902
0,000808
FLJ33708
37
ID56526
chr15
54812868
54813104
0,000829585
SUHW4
38
ID18295
chr10
14960697
14960796
0,000868353
SUV39H2
39
ID68291
chr16
82398697
82399030
0,000934789
HSBP1
40
ID51334
chr14
72673142
72673174
0,000939
PSEN1
41
ID128265
chr3
62836031
62836284
0,000954756
CADPS
42
ID100401
chr2
25387018
25387063
0,000974638
DNMT3A
43
ID184276
chrX
550487
550772
0,00100771
SHOX
44
ID2370
chr1
7778659
7778715
0,001043041
PER3
45
ID34541
chr11
1,18E+08
1,18E+08
0,001059334
MIZF
46
ID78653
chr17
68699787
68700038
0,001078955
COG1
47
ID55183
chr15
35180110
35180409
0,001083766
MEIS2
48
ID160402
chr7
27993506
27993623
0,00112
JAZF1
49
ID121081
chr22
27793491
27793540
0,001117003
BC063787
Последовательности можно также обнаружить в межгенных областях, как можно увидеть в таблице 1В ниже.
<b>Таблица 1В</b>
SEQ ID NO:
ID
Хромосома
Начало
Конец
Р-значение
50
ID89944
chr19
10843569
10843613
0,0000227
51
ID102184
chr2
63152348
63153687
0,0000231
52
ID28331
chr11
27698553
27698834
0,0000338
53
ID144851
chr5
114908035
114908080
0,0000553
54
ID128185
chr3
58546910
58547629
0,00008
55
ID93003
chr19
40483018
40483248
0,000110513
56
ID136801
chr4
68239844
68239927
0,000144546
57
ID146275
chr5
140146252
140146717
0,000215464
58
ID131177
chr3
148621317
148621647
0,000216975
59
ID12952
chr1
158307786
158308067
0,000242093
60
ID39999
chr12
63439190
63439288
0,000286113
61
ID116585
chr20
61967316
61967544
0,000287984
62
ID73971
chr17
26742913
26742971
0,000311873
63
ID125133
chr3
13654044
13654318
0,000372628
64
ID99092
chr2
1654591
1654895
0,000372925
65
ID69936
chr16
88767910
88769082
0,000397396
66
ID78601
chr17
67623230
67623629
0,00041658
67
ID148836
chr5
179854129
179854384
0,000420579
68
ID21285
chr10
79714238
79714714
0,000425735
69
ID158039
chr7
922643
922835
0,000459
70
ID32408
chr11
70345916
70347923
0,000464267
71
ID76532
chr17
43973948
43974107
0,00051907
72
ID178855
chr9
93408533
93408596
0,0005196
73
ID81125
chr17
78514384
78516444
0,000559665
74
ID100286
chr2
24625709
24625843
0,000582927
75
ID155118
chr6
119711684
119711950
0,000636
76
ID89463
chr19
8668749
8668987
0,000646711
77
ID9880
chr1
94718230
94718935
0,000655989
78
ID177108
chr9
37016858
37016916
0,000661917
79
ID68281
chr16
81219051
81219377
0,000665387
80
ID178263
chr9
83765733
83765839
0,000669707
81
ID34175
chr11
113165828
113166488
0,00067498
82
ID147847
chr5
175420376
175420628
0,000688163
83
ID47981
chr13
111756373
111756614
0,000693087
84
ID146308
chr5
140181734
140181814
0,000694524
85
ID17523
chr10
1273925
1274241
0,00074504
86
ID166673
chr7
149355326
149355615
0,000762
87
ID91016
chr19
15399966
15400044
0,000779943
88
ID101572
chr2
45143519
45143913
0,000805715
89
ID39294
chr12
52897679
52898035
0,000854819
90
ID50743
chr14
61349222
61349293
0,00087795
91
ID157888
chr7
750241
750295
0,000912
Гены, которые образуют основу настоящего изобретения, необходимо предпочтительно использовать для создания «панели генов», то есть коллекции, включающей определенные генетические последовательности по настоящему изобретению и/или их соответствующие информативные участки метилирования. Создание панели генов позволит проводить быстрый и специфичный анализ определенных аспектов рака яичника. Панель(и) генов, как описано и используется в изобретении, можно использовать с удивительно высокой производительностью для диагностики, лечения и отслеживания и также анализа предрасположенности к пролиферативным нарушениям в клетках яичника, в особенности, тем не менее, для выявления опухоли яичника.
Кроме того, применение множества CpG-участков из различных чипов генов предусматривают относительно высокую степень чувствительности и специфичности по сравнению со средствами диагностики и выявления и отдельного гена.
Изобретение относится к способу анализа нарушений, связанных с раком яичников, включающему определение в панели по меньшей мере из четырех последовательностей ДНК геномного статуса метилирования одного или нескольких CpG-динуклеотидов в каждой последовательности, выбранной из группы последовательностей согласно SEQ ID NO:1-10 и/или SEQ ID NO:50-60.
В одном из вариантов осуществления предпочтительно, что статус метилирования определяют по меньшей мере в четырех последовательностях согласно SEQ ID NO:1-91, где последовательности характеризуются p-значением, которое меньше 0,0001, как указано в таблице 1A или 1B.
Статус метилирования CpG-островков указывает на рак яичников. Предпочтительно, тем не менее, статус метилирования определяют для каждого CpG и определяют дифференциальный паттерн метилирования, поскольку не все CpG-островки обязательно должны быть метилированы.
В одном из вариантов осуществления способа по изобретению анализ представляет собой выявление рака яичников у пациента и где осуществляют следующие ниже стадии: (a) получение образца у пациента, который необходимо проанализировать, (b) определение в панели по меньшей мере из четырех последовательностей ДНК статуса метилирования одного или нескольких CpG-динуклеотидов в каждой последовательности, выбранной из группы последовательностей согласно SEQ ID NO:1-10 и/или SEQ ID NO:50-60.
Необязательно, осуществляют дополнительные следующие ниже стадии: (a) один или несколько результатов из анализа статуса метилирования является входными данными для классификатора, который получают из многомерной диагностической модели, (b) вычисляют вероятность того, происходит ли образец от нормальной ткани или из ткани рака яичника и/или (c) вычисляют соответствующее p-значение для достоверности предсказания.
Например, авторы изобретения используют классификатор на основе метода опорных векторов для «обучения» в отношении важных отличительных признаков для опухолевого или нормального образца основываясь на предварительно определенной выборке тканей пациента. В настоящее время алгоритм выдает в результате классификатор (уравнение, в котором переменными являются степени метилирования из выборки используемых отличительных признаков). Степени метилирования в образцах от новых пациентов затем вводят в классификатор. Результат может представлять собой 1 или 0. Расстояние от минимального уровня используют для определения p-значения.
Предпочтительно, что дополнительно геномный статус метилирования определяют для одной или нескольких последовательностей ДНК, выбранных из группы последовательностей согласно SEQ ID NO:11-49 и/или SEQ ID NO:61-91.
В одном из вариантов осуществления статус метилирования ДНК определяют по меньшей мере для десяти последовательностей, двадцати последовательностей, тридцати последовательностей, сорока последовательностей или более сорока последовательностей из последовательностей согласно SEQ ID NO:1-91. Особенно предпочтительно, что статус метилирования определяют для всех последовательностей согласно SEQ ID NO:1-91.
В одном из вариантов осуществления статус метилирования ДНК определяют для последовательностей согласно SEQ ID NO:1-10 и SEQ ID NO:50-60. По существу, изобретение также относится к определению статуса метилирования только в одной из последовательностей согласно SEQ ID NO:1-91.
Существует большое количество способов для определения статуса метилирования молекулы ДНК. Предпочтительно, что статус метилирования определяют при помощи одного или нескольких способов, выбранных из группы бисульфитного секвенирования, пиросеквенирования, чувствительного к метилированию конформационного анализа однонитевой ДНК (MS-SSCA), высокоточного анализа кинетики плавления (HRM), чувствительной к метилированию однонуклеотидной достройки праймера (MS-SnuPE), специфичного для основания расщепления/MALDI-TOF, специфичной к метилированию ПЦР (MSP), основанных на микрочипах способов, расщепления MspI. Общее представление о дополнительных известных способах выявления 5-метилцитозина можно получить из обзорной статьи: Rein, T., DePamphilis, M. L., Zorbas, H., Nucleic Acids Res. 1998, 26, 2255. Дополнительные способы описаны в способы US 2006/0292564A1.
В предпочтительном варианте осуществления статус метилирования определяют посредством расщепления MspI, лигирования адапторов, расщепления McrBC, ПЦР-амплификации, мечения и последующей гибридизации.
Предпочтительно, что образец, который необходимо проанализировать, происходит из типа ткани, выбранной из группы тканей, таких как биопсия ткани из анализируемой ткани, вагинальная ткань, язык, поджелудочная железа, печень, селезенка, яичник, мышцы, соединительная ткань, нервная ткань, ткань желудочно-кишечного тракта, опухолевая ткань, биологические жидкости, кровь, сыворотка, слюна и моча.
В предпочтительном варианте осуществления определяют первичный рак яичника.
В одном из вариантов осуществления способа по изобретению получаемый паттерн метилирования применяют для предсказания терапевтического ответа при лечении рака яичников.
Изобретение относится к зондам, таким как олигонуклеотиды, которые находятся в области перед CpG-участками. Олигомеры по настоящему изобретению обычно применяют в так называемых «наборах», которые содержат по меньшей мере один олигонуклеотид для каждого из CpG-динуклеотидов в последовательностях SEQ ID NO:1-91 включительно или по меньшей мере для 10, предпочтительно, 20, более предпочтительно, 30 и наиболее предпочтительно для более 50 указанных последовательностей. Изобретение также относится к обратно комплементарной последовательности олигонуклеотидов, которые находятся в области CpG-участков.
Зонды, которые используют для такого анализа, определяют на основе одного или нескольких из следующих ниже критериев: (1) последовательность зонда встречается только один раз в геноме человека; (2) содержание в зонде нуклеотидов C/G находится в диапазоне от 30% до 70%; (3) характеристики плавления гибридизация и другие критерии соответствуют Mei R et al, Proc Natl Acad Sci US A. 2003 Sep 30; 100(20):11237-42.
В самом предпочтительном варианте осуществления ссылка относится к набору олигонуклеотидов, которые специфичны для последовательностей согласно SEQ ID NO:1-10 и/или SEQ ID NO:50-60. Олигонуклеотид по изобретению может быть специфичен для последовательности, которая встречается in vivo, или он может быть специфичен для последовательности, которую обрабатывали бисульфитом. Такой зонд содержит от 10 до 80 нуклеотидов в длину, более предпочтительно, от 15 до 40 нуклеотидов в длину.
В случае наборов олигонуклеотидов по настоящему изобретению, предпочтительно, что по меньшей мере один олигонуклеотид связан с твердой фазой. Дополнительно предпочтительно, что все олигонуклеотиды из одного набора(ряда) связаны с твердой фазой.
Настоящее изобретение дополнительно относится к набору по меньшей мере из 10 зондов (олигонуклеотиды и/или PNA-олигомеры), используемых для определения метилированного состояния цитозина геномной ДНК посредством анализа указанной последовательности или обработанных вариантов указанной последовательности (согласно последовательностям SEQ ID NO:1-91 включительно и комплементарных им последовательностям).
Эти зонды позволяют проводить усовершенствованное выявление, диагностику, лечение и отслеживание пролиферативных нарушений в клетках яичника.
Набор олигонуклеотидов также можно использовать для определения однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) посредством анализа указанной последовательности или обработанного варианта указанной последовательности согласно одной из последовательностей SEQ ID NO:1-91 включительно.
По настоящему изобретению, предпочтительно, что множество различных олигонуклеотидов и/или PNA-олигомеров (так называемый «чип»), предлагаемых настоящим изобретением, представлено таким способом, что они также связаны с твердой фазой.
Этот чип с различными олигонуклеотидными и/или PNA-олигомерными последовательностями может отличаться тем, что он размещен на твердой фазе в виде прямоугольной или шестиугольной решетки. Поверхность твердой фазы предпочтительно состоит из кремния, стекла, полистирола, алюминия, стали, железа, меди, никеля, серебра или золота. Тем не менее, нитроцеллюлоза, а также пластмассы, такие как нейлон, который может находиться в виде шариков, или также матрицы из смолы, являются подходящими альтернативами.
Следовательно, дополнительный объект по настоящему изобретению представляет собой способ промышленного получения чипа, присоединенного к материалу носителя, для усовершенствованного выявления, диагностики, лечения и отслеживания пролиферативных нарушений в клетках яичника и/или выявления предрасположенности к пролиферативным нарушениям в клетках яичника. В указанном способе по меньшей мере один олигонуклеотид по настоящему изобретению присоединен к твердой фазе. Известны, например, из патента США № 5744305 способы промышленного производства таких чипов посредством твердофазной химии и светочувствительных защитных групп. Дополнительный объект настоящего изобретения относится к ДНК-чипу для усовершенствованного выявления диагностики, лечения и отслеживания пролиферативных нарушений в клетках яичника. Более того, ДНК-чип позволяет выявить предрасположенность к пролиферативным нарушениям в клетках яичника.
ДНК-чип содержит по меньшей мере одну нуклеиновую кислоту и/или олигонуклеотид по настоящему изобретению. ДНК-чипы известны, например, в патенте США № 5837832.
Изобретение также относится к композиции или чипу, содержащему нуклеиновые кислоты с последовательностями, которые идентичны по меньшей мере 10 из последовательностей согласно SEQ ID NO:1-91, где композиция или чип содержит не более 100 различных молекул нуклеиновой кислоты.
Настоящее изобретение относится к композиции или чипу, содержащему по меньшей мере 5 последовательностей с совокупным p-значением менее 0,001, предпочтительно, менее 0,0001.
Кроме того, объектом по настоящему изобретению является набор, который можно составить, например, из содержащих бисульфит реагентов, ряда олигонуклеотидов праймеров, содержащих по меньшей мере два олигонуклеотида, чьи последовательности в каждом случае соответствуют или комплементарны сегменту длиной по меньшей мере 15 оснований из последовательностей оснований, определенных в последовательности SEQ ID NO:1-91. Предпочтительно, что праймеры представляют собой последовательности SEQ ID NO:1-10 включительно и/или последовательности SEQ ID NO:50-60 включительно.
ПРИМЕРЫ
ОБРАЗЦЫ
Образцы от пациентов получали из Norwegian Radium Hospital в Осло, Норвегия и согласие пациентов получали в соответствии с законодательными требованиями.
CPG-ОСТРОВКИ
Аннотированные CpG-островки получили из программного средства для просмотра генома UCSC. Эти островки предсказали, используя опубликованное определение Гардинер-Гардена (Gardiner- Garden, M. and M. Frommer (1987). "CpG islands in vertebrate genomes". J MoI Biol 196(2): 261-82), применяя следующие ниже критерии: длина ≥200 н.п., %GC≥50%, наблюдаемое/ожидаемое количество CpG≥0,6. В геноме существует ~26219 CpG-островков в диапазоне от 200 н.п. до 2000 н.п. Эти островки хорошо покрываются при рестрикционной фрагментации Msp I.
2
2
Чипы производились Nimblegen Systems Inc, используя формат 390K со следующей ниже спецификацией. Аннотацию для CpG-островка из генома человека сборки 33 (hgl7) использовали для конструирования чипа с мозаичным размещением 50-меров. 50-меры смещали в обе стороны относительно координат последовательности островка для того, чтобы равномерно распределить островок. Формат 390K обладает 367658 доступными элементами, которые бы не охватили все островки при мозаичном размещении 50-меров. Поэтому авторы изобретения, исходя из размера, сократили островки, которые будут предоставлены так, что будут анализировать только CpG-островки размером 200-2000 н. Контрольные зонды конструировали для отражения фонового сигнала. Приготовление образца: способ был описан ранее (Lucito, R., J. Healy, et al. (2003). "Representational oligonucleotide microarray analysis: a high-resolution method to detect genome copy number variation". Genome Res 13(10): 2291-305.) со следующими ниже изменениями. Основной используемой рестрикционной эндонуклеазой является MspI. После расщепления лигировали следующие ниже линкеры (MspI24-мер и MSPI12-мер). 12-мер нефосфорилирован и его не лигируют. После лигирования продукт очищают фенолом, хлороформом, осаждают, центрифугируют и ресуспендируют. Продукт разделяют на две половины, причем половину расщепляют эндонуклеазой McrBC и для другой половины проводят мнимое расщепление. Четыре пробирки объемом 250 мкл использовали для каждой пары образца для амплификации каждого материала в объеме реакции 100 мкл. Условия в цикле представляли собой 95°C в течение 1 мин, 72°C в течение 3 мин, в течение 15 циклов, после чего следовало удлинение в течение 10 мин при 72°C. Содержание пробирок для каждой пары объединяли, как только заканчивали. Материалы очищали экстракцией в смеси фенол:хлороформ, осаждали, ресуспендировали и определяли концентрацию. ДНК метили, как описано, с небольшими изменениями (Lucito, R., J. Healy, et al. (2003). "Representational oligonucleotide microarray analysis: a high-resolution method to detect genome copy number variation". Genome Res 13(10): 2291-305). В кратком изложении, 2 мкг матричной ДНК помещали (растворенной в TE при pH 8) в пробирки для ПЦР объемом 0,2 мл. Добавляли 5 мкл случайных нонамеров (Sigma Genosys), доводили до объема 25 мкл при помощи dHO и перемешивали. Пробирки помещали в Tetrad при 100°C в течение 5 мин, затем на лед в течение 5 мин. К данной смеси добавляли 5 мкл NEB буфера 2, 5 мкл dNTP (0,6 нМ dCTP, 1,2 нМ dATP, dTTP, dGTP), 5 мкл метки (Cy3-dCTP или Cy5-dCTP) от GE Healthcare, 2 мкл NEB фрагмента Кленова и 2 мкл dHO. Процедуры гибридизации и отмывки проводили, как описано ранее (Lucito, R., J. Healy, et al. (2003). "Representational oligonucleotide microarray analysis: a high-resolution method to detect genome copy number variation." Genome Res 13(10): 2291-305) за исключением того, что температуру в печи при гибридизации увеличивали до 50°C. Чипы сканировали при помощи сканера Axon GenePix 4000B с размером пикселя 5 мкм. Программное обеспечение GenePix Pro 4,0 использовали для количественного определения интенсивности на чипах. Данные с чипов импортировали в S-PLUS для дальнейшего анализа.
АНАЛИЗ ДАННЫХ
Изображения микрочипов сканировали на сканере GenePix 4000B и данные экстрагировали, используя программное обеспечение Nimblescan (Nimblegen Systems Inc). Для каждого зонда вычисляли геометрическое среднее для соотношений (GeoMeanRatio) обработанных McrBc и контрольных образцов для каждого эксперимента и ассоциированных с ними изменений окрашивания. GeoMeanRatios для всех образцов в выборке затем нормализовали, используя способ квантильной нормализации (Bolstad, B. M., R. A. Irizarry, et al. (2003). "A comparison of normalization methods for high density oligonucleotide array data based on variance and bias" Bioinformatics 19(2): 185-93). Нормализованные соотношения для каждого эксперимента затем сжимали для того, чтобы получить одно значение для всех зондов в каждом фрагменте MspI, используя модель медианного сглаживания. Сжатые данные затем использовали для дальнейшего анализа.
Дисперсионный анализ применяли для идентификации наиболее значимых островков. Для того чтобы определить наиболее постоянно встречающиеся изменения при метилировании между опухолевыми и нормальными образцами, авторы изобретения применяли подход с критерием Стьюдента. Используя отсечение по p-значению 0,001 после коррекции при множественном тестировании (вероятность обнаружения ложной зависимости, Benjamini и Hotchberg (Benjamini 1995)), авторы изобретения получили список из 916 MspI-фрагментов, для которых показано дифференциальное метилирование.
Обучение с учителем: Авторы изобретения использовали классификатор на основе машинного обучения с учителем для определения количества признаков, необходимых для того, чтобы отличить опухолевые образцы от нормальных образцов. Общедоступную библиотеку метода опорных векторов (SVM) (LibSVM Ver 2,8) использовали для получения точности классификации, применяя способ исключения по одному (Lin, C.J. and Chang C.C. (2001). LIBSVM: a library for support vector machines). Отличительные признаки метилирования для классификации первоначально выбирали, используя критерий Стьюдента среди одних только данных режима обучения. Затем SVM обучали на лучших 10, 50 и 100 отличительных признаках, используя ядрорадиальную базисную функцию (RBF).
Для N образцов критерий Стьюдента определяли для (N-1) образцов, чтобы определить фрагменты со значимыми различиями по степени метилирования. Для выборки по яичникам данную процедуру проводили 18 раз для всех 18 образцов из яичников, так что каждый образец исключали один раз при вычислениях критерия Стьюдента. Степени метилирования для 10 лучших отличительных признаков для фрагментов из (N-1) образцов затем использовали для обучения SVM и степень метилирования для одного не участвующего в обучении образца использовали для тестирования. На основе только лишь 10 признаков авторы изобретения смогли достичь точности классификации 94%. Примечательно, что два опухолевых образца, которые были классифицированы как нормальные в этом анализе, были также наиболее похожи на нормальные как при анализе экспрессии генов, так и ROMA-анализе.
ВЫЯВЛЕНИЕ МЕТИЛИРОВАННЫХ УЧАСТКОВ
В предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя следующие ниже стадии: на первой стадии способа необходимо выделить геномную ДНК образца из исходных материалов, таких как клеточные линии, образцы ткани или крови. Выделение ДНК можно проводить при помощи способов, которые являются стандартными для специалиста в данной области, они включают в себя применение лизатов после обработки детергентом, озвучивание и встряхивание со стеклянными шариками. Сразу же после выделения нуклеиновых кислот геномную двухцепочечную ДНК используют для анализа.
В предпочтительном варианте осуществления ДНК можно расщепить до следующей стадии способа, эту процедуру можно проводить при помощи способов, которые являются стандартными в данной области, в частности, но не ограничиваясь этим, при помощи рестрикционных эндонуклеаз.
На второй стадии способа образец геномной ДНК обрабатывают таким образом, что цитозиновые основания, которые неметилированы в 5'-положении, превращают в урацил, тимин или другое основание, которое не похоже на цитозин в отношении свойств гибридизации. Далее в настоящем документе это будут понимать как «предварительную обработку».
Описанную выше обработку геномной ДНК предпочтительно осуществляют при помощи бисульфита (сульфита, дисульфита) и последующего щелочного гидролиза, который приводит к превращению неметилированных цитозиновых нуклеиновых оснований в урацил или в другое основание, которое не похоже на цитозин в отношении изменения свойств основания. Если для реакции используют раствор бисульфита, то имеет место присоединение к неметилированным цитозиновым основаниям. Кроме того, может присутствовать денатурирующий реагент или растворитель, а также улавливатель радикалов. Последующий щелочной гидролиз затем обуславливает превращение неметилированных цитозиновых нуклеиновых оснований в урацил. Измененную ДНК затем используют для выявления метилированных цитозинов.
Фрагменты амплифицируют. Из-за статистических и практических факторов, которые необходимо учитывать, предпочтительно амплифицируют более десяти различных фрагментов, имеющих 100-2000 нуклеотидных пар в длину. Амплификацию нескольких сегментов ДНК можно проводить одновременно в одном и том же сосуде для реакции. Обычно, амплификацию проводят посредством полимеразной цепной реакции (ПЦР). Конструирование таких праймеров очевидно для специалиста в данной области. Следует включить по меньшей мере два олигонуклеотида, последовательности каждого из которых обратно комплементарны или идентичны по меньшей мере сегменту длиной 15 нуклеотидных пар основной последовательности, определенной в приложении (SEQ ID NO:1-91 включительно). Указанные олигонуклеотиды праймеров предпочтительно отличаются тем, что они не содержат никаких CpG-динуклеотидов. В особенно предпочтительном варианте осуществления способа последовательности указанных олигонуклеотидов праймеров сконструированы так, чтобы выборочно отжечь и амплифицировать только интересующую ДНК, специфичную для клеток яичника, таким образом сводя к минимуму амплификацию фоновой или не имеющей значение ДНК. В контексте настоящего изобретения под фоновой ДНК подразумевают геномную ДНК, которая не имеет соответствующего тканеспецифического паттерна метилирования, причем в данном случае соответствующей тканью являются клетки яичника как здоровые, так и нездоровые.
По настоящему изобретению предпочтительно, что по меньшей мере один олигонуклеотид праймера связан с твердой фазой во время амплификации. Различные олигонуклеотидные и/или PNA-олигомерные последовательности можно разместить на плоской поверхности твердой фазы в виде прямоугольной или шестиугольной решетки, причем поверхность твердой фазы предпочтительно состоит из кремния, стекла, полистирола, алюминия, стали, железа, меди, никеля, серебра или золота, также возможно использование других материалов, таких как нитроцеллюлоза или пластмассы. Фрагменты, полученные посредством амплификации, могут содержать метку, обнаруживаемую прямыми или косвенными способами. Предпочтительными являются метки в виде флуоресцентных меток, радионуклидов или отщепляемых фрагментов молекул, обладающих типичной массой, которую можно детектировать в масс-спектрометре, причем предпочтительно, что фрагменты, которые получаются, несут единичный положительный или отрицательный суммарный заряд для лучшего определения в масс-спектрометре. Определение можно осуществить и визуализировать при помощи масс-спектрометрии с лазерной ионизацией и десорбцией в присутствии матрицы (MALDI) или используя масс-спектрометрию с распылением электронов (ESI).
На следующей стадии ампликоны нуклеиновых кислот анализируют для того, чтобы определить статус метилирования геномной ДНК до обработки.
Анализ нуклеиновых кислот после обработки можно проводить, используя альтернативные способы. Известно несколько способов для специфичного в отношении статуса метилирования анализа обработанных нуклеиновых кислот, другие альтернативные способы станут очевидны специалисту в данной области.
Используя несколько известных в данной области способов, анализ можно провести во время стадии амплификации данного способа. В одном таком варианте осуществления статус метилирования предварительно выбранных положений CpG в нуклеиновых кислотах, содержащих SEQ ID NO:1-91 включительно, можно определить, используя специфичные для метилирования олигонуклеотиды праймера. Данная технология описана в патенте США № 6265171.