JP2015533088A - 尿中エキソソームmRNAおよびそれを用いて糖尿病性腎症を検出する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、その全開示事項が参照により本明細書に組み込まれる2012年10月5日出願の米国特許仮出願番号第61/710,627号の利益を主張するものである。
連するRNAの量と、正常な腎機能を持つ個体からの対応するRNAの量を比較すること、被験者と正常な腎機能の個体におけるRNAの量との間にてネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAの量の相違が存在する場合に、糖尿病性腎症を発症する可能性が高いまたは現在糖尿病性腎症に罹患していると被験者を特徴付けること、ならびに糖尿病性腎症を発症する可能性が高いまたは現在糖尿病性腎症に罹患しているとして特徴付けられた場合に、糖尿病性腎症のための治療を受けることを被験者に推奨することを含む。いくつかの実施形態では、治療は、食事制限、運動、透析、および/または生活習慣改善のうちの1つ以上を含む。
患者の症状の解釈、その病歴の評価、および身体検査の成績が、初期診断を下すために通常は用いられ、それは多くの場合、1つ以上の医学的試験によって補強される。多くの診断用医学的試験は、サンプルの採取が比較的非侵襲的であることから、患者から採取された血液に対して行われる。試験では、サンプル中の特定の分子の濃度が測定されてよく、これは次に、正常濃度(例:健康な範囲)と、または患者からの以前のサンプルで測定された濃度と比較される。糸球体濾過率(GFR)もしくは特定の薬効マーカー化合物のクリアランスの測定などのその他の試験も、腎機能評価に利用可能であり得る(例:経時での尿サンプルの分析)。腎機能のための別の予後マーカーは、タンパク尿、つまり尿中のタンパク質レベルの上昇である。尿中のタンパク質(アルブミンなど)の量の増加は、腎損傷の量が連続的に増加し、それに伴って機能が喪失していることを示している。残念ながら、多くの診断試験は、著しい疾患の進行または傷害が既に発生してしまったような時点での疾患または傷害に関連した(1もしくは複数の)分子の測定可能な増加を検出するのに充分な感度でしかない。例えば、腎機能の評価という意味で、クレアチニンまたは尿素(機能している腎臓によって除去されるべき廃棄物)などの分子の血漿中濃度は、多くの場合、全腎機能のうちの著しい量(例:40%以上)が喪失されるまで、正常範囲を超えて上昇することはない。
以下でより詳細に考察するように、本明細書で開示される方法のいくつかの実施形態は、腎臓の疾患または損傷のマーカーである特定の核酸の識別に基づいている。有利には、この核酸に基づく方法では、上記で開示される別の選択肢としてのアッセイよりも高い感度が得られる。いくつかの実施形態では、核酸は、血液または尿サンプルから得られた細胞から単離される。他の実施形態では、核酸は、細胞外に存在し、無細胞調製物中に回収される。本明細書で開示されるいくつかの実施形態が、患者の尿サンプル中に存在する小胞に伴うRNAの単離に関するものである一方で、いくつかの実施形態では、通常は血液
中または血漿中で見出されるRNA(および関連するマーカー)が、尿サンプルから単離される。ある実施形態では、これらの血液で運ばれるマーカーは、腎臓の正常な血液ろ過機能を損なわせた腎臓の損傷または疾患に起因して、尿中に存在する。
続いて、小胞の沈澱またはペレット化を引き起こすために、高速遠心分離が所望に応じて行われてよい。いくつかの実施形態では、そのような手法が、時間の掛かり得るものであり、高価な専用設備を必要とし得るものであることから、小胞の回収に低速遠心分離が用いられてもよい。
特異性の異なる抗体)でコーティングされたプローブを患者の尿サンプル中に浸漬することによって、種類の異なる小胞の各々が捕捉される。
腎臓の解剖学的構造は、腎皮質(表層領域)および腎髄質(より内部の領域)という2つの主たる種類の組織に分けられる。腎臓の機能性ユニットであるネフロンは、腎皮質および腎髄質に広がっている。ネフロンの初期ろ過部分は、腎皮質中に位置する腎小体であり、これは、腎皮質から深く腎髄質中へと通っている腎尿細管に繋がっている。
、腎細胞癌、ウィルムス腫瘍、および腎細胞癌が挙げられる。
遊離細胞外RNAは、ヌクレアーゼによって迅速に分解されることから、診断マーカーとしては潜在的に優れていない。上述のように、いくつかの細胞外RNAは、尿中に見出すことができる粒子または小胞を伴っている。mRNAを含むこの小胞に伴うRNAは、尿中にて分解プロセスから保護されている。微小胞は、ほとんどの細胞型から発生し、細胞膜の断片から成る。微小胞は、RNA、mRNA、マイクロRNA、およびタンパク質
を含有し、それが発生した細胞の組成を反映している。エキソソームは、広範な哺乳類細胞によって分泌される小さい微小胞であり、正常な、および病理学的な条件下で分泌される。これらの小胞は、特定のタンパク質、ならびにmRNAおよびマイクロRNAを含むRNAを含有している。エキソソームはまた、腎臓によって尿中に放出される場合もあり、本明細書のいくつかの実施形態で述べるように、その検出が診断ツールとして利用され得る。尿に加えて、エキソソーム様小胞はまた、血液、腹水、および羊水などの多くの体液中にも見出され得る。いくつかの実施形態は、低分子干渉RNA(siRNA)、tRNA、および低分子活性化RNA(saRNA)などの核酸を評価する。
もよい。核酸の定量には、その他の方法が用いられてもよく、例えば、ノーザンブロット分析、リボヌクレアーゼプロテクションアッセイ、PCR、核酸配列ベース増幅、分岐DNA増幅、ELISA、質量分析、CHIP‐シークエンシング、およびDNAまたはRNAマイクロアレイ分析などが挙げられる。
下にある小胞捕捉フィルター、およびフィルターの下にあって固定化オリゴ(dT)を含有するmRNA捕捉ゾーンを有するマルチウェルプレートを含む。特定の実施形態では、デバイスはまた、フィルタープレートを受けてプレートとボックスとの間に密封空間(seal)を作り出すように適合された真空ボックスも含有し、それによって、真空圧が適用された場合、尿がサンプル送達ウェルから小胞捕捉フィルターを通って引き出され、それによ
り、小胞が捕捉されて、非小胞尿成分を、フィルターを洗浄することによって除去することができる。他の実施形態では、遠心分離または陽圧など、サンプルウェルおよび小胞捕捉フィルターを通して尿サンプルを引き出すその他の手段が用いられる。ある実施形態では、小胞は、一緒に層形成する複数のフィルター膜上に捕捉される。いくつかの実施形態では、捕捉された小胞は、次に、溶解バッファーで溶解され、それによって、捕捉された小胞からmRNAが遊離される。次にこのmRNAは、mRNA捕捉ゾーンに固定化されたオリゴ(dT)にハイブリダイズされる。いくつかの実施形態で用いられてよい溶解バッファーの組成に関するさらなる詳細は、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第8,101,344号に見出すことができる。いくつかの実施形態では、cDNAが、オリゴ(dT)固定化mRNAから合成される。ある実施形態では、cDNAは、次に、疾患関連マーカーの増幅用に特に設計されたプライマーによるリアルタイムPCRを用いて増幅される。そのような実施形態で用いられるプライマーを表1に示す。ある実施形態で用いられるPCR反応についてのさらなる詳細も、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第8,101,344号に見出すことができる。
、ハウスキーピング遺伝子の発現レベルである。そのような特定の実施形態では、ベータ‐アクチン、またはその他の適切なハウスキーピング遺伝子が、参照値として用いられる。当該技術分野にて周知である数多くのその他のハウスキーピング遺伝子も、参照値として用いられてよい。他の実施形態では、ハウスキーピング遺伝子は、最終的な比較が、疾患患者からのマーカーの発現レベルを、非疾患(コントロール)サンプルからの同じマーカーと比較したものとなるように、補正因子として用いられる。いくつかの実施形態では、ハウスキーピング遺伝子は、上述したものなどの組織特異的遺伝子またはマーカーである。なお他の実施形態では、参照値は、マーカーの定量が絶対値で表されるように、ゼロである。いくつかの実施形態では、疾患患者からの1つ以上のマーカーの発現を、非疾患の人からの1つ以上の他のマーカーと比較した比率が得られる。
多くの糖尿病患者とって、腎臓問題の早期の診断、およびこれに続く適切な治療または厳格な血中グルコース制御が、末期腎疾患を予防する唯一の方法である。しかし、上記で考察したように、腎機能試験は、比較的制限されたものであり、多くの場合、腎臓問題の初期の徴候を検出するには感度が不充分である。腎臓の侵襲的性質のために、それを定期的な診断試験として用いることはできない。
サンプル
カリフォルニア大学サンディエゴ校の病院にて、健康なドナー(n=23)および糖尿病性腎症患者(n=23)から尿サンプルを採取した。
各尿サンプルを、1000x gで15分間遠心分離し、得られた上澄の10mLを、96ウェルエキソソーム捕捉フィルタープレートへ適用した(真空により)。次に、フィルタープレートを、2000x gでさらに5分間遠心分離した。各ウェルにおいて、アンチセンスプライマーのカクテルを含有する溶解バッファーの60μLを添加し、55℃で10分間インキュベートした。得られたライセートを、2000x gで5分間の遠心分離により、フィルタープレートからオリゴ(dT)固定化96ウェルマイクロプレートへ移した。dNTP(5mMの最終濃度)、MMLV逆転写酵素(2.7U/mLの最終濃度)、およびRNasin(0.13U/mLの最終濃度)(インビトロジェン(Invitrogen),カールスバッド,カリフォルニア州)を添加し、37℃で2時間インキュベートすることにより、cDNAを同じオリゴ(dT)固定化96ウェルマイクロプレート中にて直接合成した。続いて、cDNAを、iTaqSYBRマスターミックス(バイオラッド(BioRad),ハーキュリーズ,カリフォルニア州)を用いるリアルタイムSYBRグリーンPCRにおいて、確立された方法(例えば、全内容が参照により本明細書に組み込まれるMitsuhashi M, J Immunol Methods. 363:95-100, 2010)により用いた。PCR条
件は、PRISM 7900(アプライドバイオシステムズ(Applied Biosystems)(ABI),フォスターシティ,カリフォルニア州)を用い、65℃で1分間のアニーリング、続いて95℃で30秒間の変性の50サイクルとした。結果は、分析ソフトウェア(SDS、ABI)を用い、閾値サイクル数(Ct)として表した。Ct=32をベースラインと見なした。
合計で23のmRNAを定量し、それには、2つのコントロール遺伝子(β‐アクチン(ACTB)およびβ2ミクログロブリン(B2M))、糸球体特異的(ポドシン(PDCN))、腎近位尿細管特異的(ウロモジュリン(UMOD))、アルブミン(ALB)、およびNa/K/Clトランスポーター(SLC12A1))、腎遠位尿細管特異的(アクアポリン9(AQP9))、ならびに腎臓‐糖尿病に関連する様々なmRNA(ペルオキシソーム増殖剤活性化受容体ガンマ、活性化補助因子1αおよびβ(PPARGC1AおよびB)、核呼吸因子1および2(NRF1および2)、エストロゲン関連受容体α(ESRRA)、アネキシンA5(ANXA5)、タンパク質キナーゼ、AMP活性化、α1およびα2触媒サブユニット(PRKAA1および2)、脱共役タンパク質1および2(UCP1および2)、低密度リポタンパク質受容体関連タンパク質2(LRP2)、CD24、分泌リン酸化タンパク質1(SPP1)、α2‐HS‐糖タンパク質(AHSG)、およびSMADファミリーメンバー1(SMAD1))を含めた。
糖尿病(DM)または正常(CTL)患者からの種々のエキソソームmRNAの発現レベルを比較した(図1A〜1H)。図1A/1Bに示されるように、コントロール遺伝子(β‐アクチン、ACTB)およびB2Mの発現は、糖尿病の存在または非存在に対する相違はなかった。対照的に、PPARGClA、SMAD1、UMOD、NRF2、SLC12A1、およびCD24の発現は、DM患者において大きく増加している。これらのデータは、これらのmRNA(ならびに糖尿病誘導またはその他のタイプの腎臓損傷に応答して増加するその他のmRNA)が、糖尿病の存在と相関していることを示している。これらの上方制御は、疾患およびそれに関連する腎機能の喪失と関連するバイオマーカーとしてのそれらの利用可能性を示している。
現データを、HbA1c試験の結果と相関付けた。HbA1c試験は、糖尿病患者における血中グルコースレベルを経時で評価するものである。臨床医は、一般的に、5.6%以下のHbA1cを正常と見なす。5.7%から6.4%の範囲は、前糖尿病と関連し、一方6.5%以上のレベルは、糖尿病の診断に繋がる。6.5%を超える場合、HbA1cレベルの上昇は、徐々に重症化する血中グルコースの調節不全と、従って、糖尿病性腎症のリスクの増加と相関している。
上記で提示されるデータは、特定のmRNAマーカーを患者の尿サンプルから単離し、処理し、定量し、糖尿病性腎症と相関付けることが可能であることを示している。これらのデータはまた、特定のマーカーが、糖尿病性腎症に罹患する患者を識別するために用いられる確立された診断マーカーと相関していたことも示している。図1に示されるように、正常な被験者を糖尿病の被験者と比較して評価した場合、特定のマーカーにおいて明らかな発現レベルの相違が存在し得る。図2および3は、いくつかのマーカーが、糖尿病に起因する腎臓への損傷の重篤度を示唆するものであることを示している。示されるように、mRNAマーカーは、従来の診断終点と相関している。しかし、有利なことには、本明細書で開示される方法は、非侵襲的であり(一方、従来の試験は血液採取が必要である)、容易に、定期的に繰り返し行うことができ、高感度である。この感度は、上記で考察したように、糖尿病性腎症の早期の検出を、多くの場合は患者または医師が症状を識別することができる前に可能とすることから、特に有利である。従って、いくつかの実施形態では、特許請求される方法は、予防的処置を行い(例:生活習慣の改善、糖尿病を制御するためのより強力な治療など)、それによって、疾患の進行を防止し、または少なくとも進行の重篤度を低減することを可能とする。加えて、現在用いられている臨床マーカーとの高度の相関により、本明細書で開示される方法を用いて、疾患の重篤度を示唆するものを含む糖尿病性腎症の追加の遺伝子マーカーを識別することが可能となる。
。さらに、実施形態に関連する特定のいずれの特徴、態様、方法、特性、特徴、品質、属性、要素などの本明細書における開示事項も、本明細書で示される他のすべての実施形態に用いることができる。従って、開示される実施形態の種々の特徴および態様が、開示される発明の変動する様式を形成するように、互いに組み合わせることができ、または互いと置き換えることができることは理解されるべきである。従って、本明細書で開示される本発明の範囲は、上述の特定の開示される実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。さらに、本発明には、種々の変更および別の選択肢としての形態の余地があるが、その具体的な例を図面で示し、本明細書にて詳細に記載している。しかし、本発明が、開示される特定の形態または方法に限定されるものではなく、逆に、本発明は、記載される種々の実施形態および添付の請求項の趣旨ならびに範囲内に含まれる変更、均等物、ならびに別の選択肢のすべてを含むものであることは理解されるべきである。本明細書で開示されるいずれの方法も、列挙される順序で実施される必要はない。本明細書で開示される方法は、実務者が行う特定の作業を含むが、それらはまた、これらの作業の第三者への明白な、または示唆による指示も含んでよい。例えば、「血液試験を実施する」などの作業は、「血液試験の実施を指示する」を含む。本明細書で開示される範囲は、すべての重複範囲、サブ範囲、およびこれらの組み合わせも包含する。「まで」、「少なくとも」、「より大きい」、「未満」、「間」などの言語は、列挙される数値を含む。「約」または「およそ」などの用語が前に付与された数値は、列挙される数値を含む。例えば、「約3mm」は、「3mm」を含む。
Claims (17)
- 糖尿病性腎症を発症する可能性が高い被験者または現在糖尿病性腎症に罹患している被験者を識別するための方法であって、前記方法は:
被験者からRNAを伴う小胞を含む尿サンプルを採取すること;
前記サンプルから前記小胞を単離すること;
前記小胞を溶解し、前記小胞に伴う、PPARGC1A、SMAD1、UMOD、NRF2、SLC12A1、およびCD24から成る群より選択される、ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAを含むRNAを遊離させること;
(i)前記サンプルからのRNAを逆転写酵素と接触させて、相補DNA(cDNA)を作製すること、および
(ii)前記cDNAを、PPARGC1A、SMAD1、UMOD、NRF2、SLC12A1、およびCD24のうちの1つに特異的であるセンスおよびアンチセンスプライマー、ならびにDNAポリメラーゼと接触させて、増幅されたDNAを作製することを含む方法により、前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAを定量すること;
前記サンプルからの前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAの定量された量と、正常な腎機能を持つ個体からの対応するRNAの量を比較すること;ならびに、
前記被験者と前記正常な腎機能の個体におけるRNAの量の間にて、前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAの量の相違が存在する場合に、糖尿病性腎症を発症する可能性が高いまたは現在糖尿病性腎症に罹患していると被験者を識別すること、
を含む方法。 - 前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAの量の相違が、糖尿病性腎症の1つ以上の非分子指標と相関する、請求項1に記載の方法。
- 前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAが、PPARGC1A、SMAD1、UMOD、およびSLC12A1から成る群より選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記サンプルから小胞を単離することが、尿をろ過することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ろ過が、フィルター上に小胞をトラップする、請求項4に記載の方法。
- 前記溶解が、小胞がフィルター上にトラップされた状態で実施される、請求項5に記載の方法。
- 前記サンプルを遠心分離して細胞片を除去することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記遠心分離が、小胞を単離する前に実施される、請求項7に記載の方法。
- 前記小胞の濃縮が、遠心分離された尿の上澄をろ過することをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 前記糖尿病性腎症が、I型またはII型糖尿病に起因する、請求項1に記載の方法。
- 前記I型またはII型糖尿病が、まだ診断されていない、請求項10に記載の方法。
- 前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAが、ポリ(A)+RNAを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記方法が、複数の被験者をスクリーニングして、前記被験者が糖尿病性腎症を発症する可能性を特定するため、および/または初期段階の糖尿病性腎症を検出するために用いられる、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 糖尿病性腎症に罹患している被験者を識別するための方法であって、前記方法は:
被験者からRNAを伴う小胞を含む尿サンプルを採取すること;
前記サンプルから前記小胞を単離すること;
前記小胞を溶解し、前記小胞に伴う、PPARGC1A、SMAD1、UMOD、NRF2、SLC12A1、およびCD24から成る群より選択される、ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAを含む、RNAを遊離させること;
逆転写ポリメラーゼ連鎖反応法(RT‐PCR)、リアルタイムRT‐PCR、ノーザンブロッティング、蛍光励起セルソーティング、ELISA、質量分析、およびウェスタンブロッティングから成る群より選択される方法を用いることなどによる、前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAを定量すること:ならびに、
前記被験者からの前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAの量と、正常な腎機能を持つ個体からの対応するRNAの量を比較すること;
を含み、前記被験者と前記個体との間において、前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAの量の相違が、前記被験者が糖尿病性腎症に罹患していることを示す、方法。 - 患者における糖尿病性腎症の進行を特定するための方法であって、前記方法は:
第一の時点での患者からのRNAを伴う小胞を含む第一の尿サンプルおよび前記第一の時点よりも後の第二の時点での前記患者からのRNAを伴う小胞を含む第二の尿サンプルを採取すること;
前記サンプルから前記小胞を単離すること;
前記小胞を溶解し、前記小胞に伴う、PPARGC1A、SMAD1、UMOD、NRF2、SLC12A1、CD24、およびこれらの組み合わせから成る群より選択される、ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連する少なくとも1つのRNA、およびネフロンの糖尿病誘発性損傷に応答して変化しない少なくとも1つのRNAを含むRNAを遊離させること;
前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連する少なくとも1つのRNA、前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に応答して変化しない少なくとも1つのRNAを定量すること;ならびに、
前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連する少なくとも1つのRNAの量と前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に応答して変化しない少なくとも1つのRNAの量との間の比を特定すること;
前記第一のサンプルと比較して、前記第二のサンプルにおいて、前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連する少なくとも1つのRNAの前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に応答して変化しない少なくとも1つのRNAに対する前記比が増加する場合に、前記患者の糖尿病性腎症の進行を識別すること;
を含む方法。 - 初期段階の糖尿病性腎症を検出するための核酸に基づく方法であって、前記方法は:
被験者からRNAを伴う小胞を含む尿サンプルを採取すること;
前記サンプルから前記小胞を単離すること;
前記小胞を溶解し、前記小胞に伴う、PPARGC1A、SMAD1、UMOD、NRF2、SLC12A1、およびCD24から成る群より選択される、ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAを含むRNAを遊離させること;
逆転写ポリメラーゼ連鎖反応法(RT‐PCR)、リアルタイムRT‐PCR、ノーザ
ンブロッティング、蛍光励起セルソーティング、ELISA、質量分析、およびウェスタンブロッティングから成る群より選択される方法を用いることなどによる、前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAを定量すること:ならびに、
前記被験者からの前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAの量と、正常な腎機能を持つ個体からの対応するRNAの量を比較することを含み;前記被験者と前記個体との間における前記ネフロンの糖尿病誘発性損傷に関連するRNAの量の相違が、初期段階の糖尿病性腎症を示し、それによって、初期段階の糖尿病性腎症が検出される、方法。 - 前記検出が、非核酸検出法による検出の前に行われてよい、請求項16に記載の方法。
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