JP2023176770A - Diagnostic support method, diagnostic support apparatus, diagnostic support system, and diagnostic evaluation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒト潰瘍性大腸炎患者の大腸癌発症に関する診断を支援又は評価するための診断支援方法、診断支援システム、診断評価方法および診断支援装置に関する。 The present invention relates to a diagnostic support method, a diagnostic support system, a diagnostic evaluation method, and a diagnostic support device for supporting or evaluating diagnosis regarding the development of colon cancer in human ulcerative colitis patients.
潰瘍性大腸炎は、主に大腸粘膜に潰瘍やびらんができる、原因不明の炎症性腸疾患である。完治は非常に困難であり、寛解・再燃を繰り返す。症状としては、下痢や腹痛、粘血便などの大腸の局所症状や、発熱、嘔吐、頻脈、貧血などの全身症状がある。潰瘍性大腸炎患者では大腸癌が発生しやすいため、大腸癌の早期発見が特に重要である。 Ulcerative colitis is an inflammatory bowel disease of unknown cause that primarily causes ulcers and erosions in the large intestine mucosa. Complete cure is extremely difficult, and remissions and relapses occur repeatedly. Symptoms include local symptoms in the large intestine such as diarrhea, abdominal pain, and mucus and bloody stool, as well as systemic symptoms such as fever, vomiting, tachycardia, and anemia. Early detection of colorectal cancer is especially important because patients with ulcerative colitis are more likely to develop colorectal cancer.
通常、大腸癌の早期発見のために大腸内視鏡検査が行われる。しかしながら、早期の大腸癌を視認により検出することは、手技者である医師の技量によるところが大きく、一般的に困難である。特に潰瘍性大腸炎患者の場合は、元々腸粘膜に炎症があるため、大腸癌の検出をさらに難しくしている。また、大腸内視鏡検査は患者の負担が大きく、検査自体を受診しないケースが多いという問題もある。 Colonoscopy is usually performed for early detection of colorectal cancer. However, visual detection of early colorectal cancer is generally difficult because it largely depends on the skill of the doctor who performs the procedure. In patients with ulcerative colitis, in particular, the intestinal mucosa is already inflamed, making detection of colon cancer even more difficult. Another problem is that colonoscopies place a heavy burden on patients, and many patients do not undergo the test themselves.
大腸内視鏡検査およびその関連検査の労働集約的な性質と経費は、長期間にわたって広範囲の潰瘍性大腸炎を伴う多くの潰瘍性大腸炎患者のサーベイランスを困難にしている。潰瘍性大腸炎患者において、大腸癌のリスクが高い患者と低い患者とを、大腸癌検出マーカーを利用した簡便なスクリーニングによってサブグループ化することで区別することが可能になれば、潰瘍性大腸炎患者の癌検出サーベイランスにメリットをもたらすと考えられる。 The labor-intensive nature and cost of colonoscopy and related tests make surveillance of many ulcerative colitis patients with extensive ulcerative colitis difficult over long periods of time. If it becomes possible to distinguish between patients with ulcerative colitis who are at high risk of developing colon cancer and those with low risk of colon cancer by subgrouping them through simple screening using markers for detecting colon cancer, it will be possible to identify patients with ulcerative colitis. It is believed that this may provide benefits for cancer detection surveillance in patients.
一方で、特許文献1には、潰瘍性大腸炎において、腫瘍性組織におけるmiR-1、miR-9、miR-124、miR-137、及びmiR-34b/cの5種のmiRNA遺伝子のメチル化率が、非腫瘍性組織に比べて有意に高く、よって非癌部である結腸粘膜から採取された生体試料中の前記5種のmiRNA遺伝子のメチル化率は、潰瘍性大腸炎患者の大腸癌検出マーカーとなり得ることが報告されている。 On the other hand, Patent Document 1 describes the methylation of five miRNA genes, miR-1, miR-9, miR-124, miR-137, and miR-34b/c, in tumorous tissues in ulcerative colitis. The methylation rate of the five miRNA genes in biological samples collected from colonic mucosa, which is a non-cancerous area, is significantly higher than that in non-tumorous tissues. It has been reported that it can be used as a detection marker.
また、特許文献2において、本発明者等は特定のDNA領域におけるDNAメチル化率を大腸癌検出マーカーとする潰瘍性大腸炎患者の大腸癌発症の可能性を判定する方法を提案している。 Furthermore, in Patent Document 2, the present inventors have proposed a method for determining the possibility of developing colorectal cancer in patients with ulcerative colitis, using the DNA methylation rate in a specific DNA region as a colorectal cancer detection marker.
しかしながら、ヒト潰瘍性大腸炎患者の大腸癌発症可能性を判定するにあたり、特許文献2のように広範な種類のメチル化可変領域のメチル化率を測定するには多くのDNAメチル化情報の処理を行わねばならず、現実的に実現可能な手法とは必ずしも言えなかった。そのため、より実現可能性が高く、かつ再現性よく、ヒト潰瘍性大腸癌患者の大腸癌発症可能性を判定し、より効果的に大腸癌発症に関する診断を支援又は評価する診断支援方法、診断支援システム、診断評価方法及び当該方法を実施する診断支援装置が望まれていた。 However, in order to determine the possibility of developing colorectal cancer in human ulcerative colitis patients, it is necessary to process a large amount of DNA methylation information to measure the methylation rate of a wide variety of methylation variable regions as in Patent Document 2. However, it was not necessarily a realistically possible method. Therefore, a diagnostic support method and a diagnostic support that more easily and reproducibly determine the possibility of developing colorectal cancer in human ulcerative colorectal cancer patients, and more effectively support or evaluate diagnosis regarding the development of colorectal cancer. A system, a diagnostic evaluation method, and a diagnostic support device for implementing the method have been desired.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討し、ヒト潰瘍性大腸炎(Ulcerative Colitis;以下本願明細書において「UC」ということがある。)患者(以下本願明細書において「UC患者」ということがある。)のゲノムDNA中のCpGサイト(シトシン-ホスホジエステル結合-グアニン)のメチル化率を網羅的に調べたところ、大腸癌を発症したUC患者(発癌潰瘍性大腸炎患者)と大腸癌を発症していないUC患者(非癌潰瘍性大腸炎患者)においてメチル化率に顕著な差がある、特許文献2に開示のメチル化可変領域(differentially methylated region;以下本願明細書において「DMR」ということがある。)とは異なる新規の11種類のDMR(後掲の表1参照)を見出し、これらのうち複数のDMRにおけるメチル化率を用いて解析することによって本発明を完成させた。 The present inventors have made extensive studies to solve the above problems, and have identified human ulcerative colitis (Ulcerative Colitis; hereinafter referred to as "UC" hereinafter) patients (hereinafter referred to as "UC patients" hereinafter). When we comprehensively investigated the methylation rate of CpG sites (cytosine-phosphodiester bond-guanine) in the genomic DNA of patients with cancer, we found that UC patients who developed colorectal cancer (carcinogenic ulcerative colitis patients) and The differentially methylated region disclosed in Patent Document 2, which has a remarkable difference in methylation rate in UC patients who have not developed colorectal cancer (non-cancerous ulcerative colitis patients); hereinafter referred to as " The present invention was completed by discovering 11 new types of DMRs (see Table 1 below) that are different from the DMRs (sometimes referred to as ``DMRs''), and conducting an analysis using the methylation rates of multiple DMRs among these. Ta.
本発明によれば、ヒト潰瘍性大腸炎患者の大腸癌発症に関する診断を支援するための診断支援方法であって、被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAにおける、複数の特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報を取得し、前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出する第一工程と、前記被験者について算出した前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、予め定められた多変量判別式と、を用いて解析する第二工程と、を有し、前記第二工程における解析結果は、前記被験者に関する大腸癌発症の診断の支援情報として用いられ、前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、ことを特徴とする診断支援方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a diagnostic support method for supporting diagnosis regarding the development of colon cancer in human ulcerative colitis patients, the method comprising: A first step of acquiring methylation information of all CpG sites present in a plurality of specific methylation variable regions (DMRs) in DNA and calculating the average methylation rate of each of the specific DMRs; a second step of analyzing using the average methylation rate of each of the specific DMRs calculated for the subject and a predetermined multivariate discriminant, and the analysis result in the second step is The specific DMR is used as support information for diagnosing the onset of colorectal cancer regarding the subject, and the specific DMR consists of TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A, and MDGA1 shown in Table 1. Provided is a diagnostic support method characterized by including two or more DMRs selected from the group.
本発明によれば、ヒト潰瘍性大腸炎患者の大腸癌発症に関する診断を支援するための診断支援装置であって、被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAにおける、複数の特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報を取得し、前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出するメチル化率算出手段と、前記被験者について算出された前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、予め定められた多変量判別式と、を用いて解析する解析手段と、前記解析手段による解析結果に基づいて、前記被験者の大腸癌発症の診断に用いる支援情報を生成する診断支援手段と、を備え、前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、ことを特徴とする診断支援装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a diagnostic support device for supporting diagnosis regarding the onset of colorectal cancer in human ulcerative colitis patients, the device comprising: Methylation rate calculation means that acquires methylation information of all CpG sites present in a plurality of specific methylation variable regions (DMRs) in DNA and calculates the average methylation rate of each of the specific DMRs. and an analysis means for analyzing using the average methylation rate of each of the specific DMRs calculated for the subject and a predetermined multivariate discriminant, and based on the analysis result by the analysis means, a diagnosis support means for generating support information used for diagnosing the onset of colorectal cancer in the subject, and the specific DMR includes TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, shown in Table 1. A diagnostic support device is provided that includes two or more DMRs selected from the group consisting of RYR1, FAM222A, and MDGA1.
本発明によれば、ヒト潰瘍性大腸炎患者の大腸癌発症に関する診断を支援するための診断支援装置と、データベースと、を備える診断支援システムであって、前記診断支援装置は、被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAにおける、複数の特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報を取得し、前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出するメチル化率算出手段と、前記被験者について算出された前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、前記データベースに予め記憶されている多変量判別式と、を用いて解析する解析手段と、前記解析手段による解析結果に基づいて、前記被験者の大腸癌発症の診断に用いる支援情報を生成する診断支援手段と、を備え、前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、ことを特徴とする診断支援システムが提供される。 According to the present invention, there is provided a diagnosis support system comprising a diagnosis support device and a database for supporting diagnosis regarding the development of colorectal cancer in human ulcerative colitis patients, the diagnosis support device comprising: Obtain methylation information of all CpG sites present in multiple specific methylation variable regions (DMRs) in the DNA of rectal mucosal tissue or colonic mucosal tissue collected from ulcerative colitis patients, and a methylation rate calculation means for calculating an average methylation rate of each of the DMRs, an average methylation rate of each of the specific DMRs calculated for the subject, a multivariate discriminant stored in advance in the database; , and a diagnosis support means that generates support information for use in diagnosing the onset of colorectal cancer in the subject based on the analysis result by the analysis means, and the specific DMR includes a table. A diagnostic support system is provided, comprising two or more DMRs selected from the group consisting of TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A, and MDGA1 shown in 1. be done.
本発明によれば、ヒト潰瘍性大腸炎患者の大腸癌発症に関する診断を支援するための診断評価方法であって、被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAにおける、複数の特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報を取得し、前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出する第一工程と、前記被験者について算出された前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、予め定められた多変量判別式と、を用いて解析する第二工程と、を有し、前記第二工程における解析結果は、前記被験者に関する大腸癌発症の診断の支援情報として用いられ、前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、ことを特徴とする診断評価方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a diagnostic evaluation method for supporting diagnosis regarding the development of colon cancer in human ulcerative colitis patients, the method comprising: A first step of acquiring methylation information of all CpG sites present in a plurality of specific methylation variable regions (DMRs) in DNA and calculating the average methylation rate of each of the specific DMRs; a second step of analyzing using the average methylation rate of each of the specific DMRs calculated for the subject and a predetermined multivariate discriminant, the analysis results in the second step; is used as support information for the diagnosis of colon cancer development regarding the subject, and the specific DMR is selected from TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A, and MDGA1 shown in Table 1. Provided is a diagnostic evaluation method characterized by including two or more DMRs selected from the group consisting of:
上記発明によれば、ヒト潰瘍性大腸炎患者から採取された直腸粘膜又は大腸粘膜組織のDNA中の特定のDNRの平均メチル化率を調べることによって、従来に比べて実現可能性が高くかつ再現性よくヒト潰瘍性大腸炎患者由来の大腸癌発症の可能性を判別し、医師が診断するための補助的な支援情報を提供する診断支援装置、診断支援システム、診断評価方法及び診断支援方法を提供することができる。 According to the above invention, by examining the average methylation rate of a specific DNR in the DNA of rectal mucosa or large intestine mucosal tissue collected from human ulcerative colitis patients, it is possible to achieve higher feasibility and reproducibility than before. A diagnostic support device, a diagnostic support system, a diagnostic evaluation method, and a diagnostic support method that accurately determine the possibility of developing colorectal cancer in human ulcerative colitis patients and provide supplementary support information for doctors to make a diagnosis. can be provided.
以下、本発明の代表的な実施形態を説明するが、本発明はこれに限られるものではなく、本発明の目的を達成する範囲において変更可能である。 Hereinafter, typical embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto, and can be modified within the scope of achieving the object of the present invention.
<DNAメチル化とDNAメチル化率>
ゲノムDNAの塩基配列中には、核酸塩基であるシトシン(Cytosione)とグアニン(Guanine)が連続するCG配列が集中して存在する領域(CpGサイト;Cytosine-Phosphodiester-Guanine Site)が存在し、CpGサイトのシトシン残基は、5位の炭素がメチル化修飾を受け得る。本発明及び本願明細書において、CpGサイトのメチル化率とは、一の生物個体から採取された生体試料中のDNAに含まれるCpGサイトのうち、メチル化されているシトシン残基(メチル化シトシン)量とメチル化されていないシトシン残基(非メチル化シトシン)量とを測定し、両者の和に対するメチル化シトシン量の割合(%)を意味する。
<DNA methylation and DNA methylation rate>
In the base sequence of genomic DNA, there is a region (CpG site; Cytosine-Phosphodiester-Guanine Site) in which CG sequences consisting of consecutive nucleobases cytosine and guanine are concentrated. The cytosine residue at the site can undergo methylation modification at the 5th carbon position. In the present invention and the specification of this application, the methylation rate of CpG sites refers to methylated cytosine residues (methylated cytosine residues) among CpG sites contained in DNA in a biological sample collected from an individual organism. ) amount and the amount of unmethylated cytosine residues (unmethylated cytosine) are measured, and it means the ratio (%) of the amount of methylated cytosine to the sum of both.
<DMR>
本発明においてはメチル化可変領域(differentially methylated region;以下本願明細書において「DMR」ということがある。)を大腸癌発症に関する診断を支援するためのバイオマーカーとして用いる(以下、本願明細書において「DMRバイオマーカー」ともいう。)。このようなDMRバイオマーカーとして用いられるDMR及びそこに含まれるCpGサイトとしては、メチル化率が非癌潰瘍性大腸炎患者群と発癌潰瘍性大腸炎患者群とで大きく相違するものが好ましい。両群の差が大きいほど、大腸癌の発症の有無をより確実に検出することができる。
ここで、発癌潰瘍性大腸炎患者(発癌UC患者)群とは、ヒト潰瘍性大腸炎に罹患した後に大腸癌の診断を受けた患者からなる母集団であり、本発明の「第一の母集団」に相当する。より詳細には、発癌潰瘍性大腸炎患者群には、(1)ヒト潰瘍性大腸炎罹患後に大腸癌と診断されて未だ治療を行っていない患者、(2)ヒト潰瘍性大腸炎罹患後に大腸癌の診断を受け、治療等を行っている患者、(3)ヒト潰瘍性大腸炎罹患後に大腸癌の診断を受け、一度は大腸癌が治癒・寛解に至ったものの大腸癌が再発した患者、が含まれ得る。本発明における「第一の母集団」は、上記の(1)~(3)の全てを網羅するデータを収集して実施される必要はなく、(1)~(3)の一部に関するデータに基づいて実施されてもよい。
また、非癌潰瘍性大腸炎患者(非癌UC患者)群とは、ヒト潰瘍性大腸炎に罹患した後に大腸癌発症の診断を未だ受けていない患者からなる母集団であり、本発明の「第二の母集団」に相当する。より詳細には(1)ヒト潰瘍性大腸炎罹患後に大腸癌発症の診断を未だ受けていない患者、(2)ヒト潰瘍性大腸炎患者罹患後に大腸癌と診断を受け、大腸癌が治癒・寛解に至った患者、が含まれ得る。本発明における「第二の母集団」は上記の(1)~(2)の全てを網羅するデータを収集して実施される必要はなく、(1)~(2)の一部に関するデータに基づいて実施されてもよい。
本発明においてDMRバイオマーカーとして用いるDMR及びそこに含まれるCpGサイトは、いずれも発癌潰瘍性大腸炎患者のメチル化率が非癌潰瘍性大腸炎患者よりも有意に高い、すなわち、大腸癌の発症によりメチル化率が高くなるものである。
<DMR>
In the present invention, a differentially methylated region (hereinafter referred to as "DMR" hereinafter) is used as a biomarker to support the diagnosis of colorectal cancer development (hereinafter referred to as "DMR" hereinafter). (Also called "DMR biomarker"). The DMR used as such a DMR biomarker and the CpG site contained therein are preferably those whose methylation rate is significantly different between a group of patients with non-cancerous ulcerative colitis and a group of patients with oncogenic ulcerative colitis. The larger the difference between the two groups, the more reliably it is possible to detect the presence or absence of colorectal cancer.
Here, the oncogenic ulcerative colitis patient group (oncogenic UC patient) is a population consisting of patients who were diagnosed with colorectal cancer after suffering from human ulcerative colitis, and is the "first mother group" of the present invention. corresponds to "group". More specifically, the patient group with oncogenic ulcerative colitis includes (1) patients who were diagnosed with colon cancer after developing human ulcerative colitis and have not yet received treatment, and (2) patients who were diagnosed with colon cancer after developing human ulcerative colitis. Patients who have been diagnosed with cancer and are undergoing treatment, etc. (3) Patients who were diagnosed with colorectal cancer after contracting human ulcerative colitis and whose colorectal cancer has been cured or remitted, but whose colorectal cancer has recurred; may be included. The "first population" in the present invention does not need to be implemented by collecting data covering all of the above (1) to (3), but data regarding some of (1) to (3). It may be implemented based on.
In addition, the non-cancer ulcerative colitis patient group (non-cancer UC patient) is a population consisting of patients who have not yet been diagnosed with colon cancer after suffering from human ulcerative colitis. This corresponds to the second population. In more detail, (1) patients who have not yet been diagnosed with colon cancer after contracting human ulcerative colitis, and (2) patients who have been diagnosed with colon cancer after contracting human ulcerative colitis and whose colon cancer is cured or in remission. This may include patients who have reached. The "second population" in the present invention does not need to be implemented by collecting data covering all of the above (1) to (2), but may be implemented by collecting data related to some of (1) to (2). It may be implemented based on
Both the DMR used as a DMR biomarker in the present invention and the CpG sites contained therein have significantly higher methylation rates in cancerous ulcerative colitis patients than in non-cancer ulcerative colitis patients, that is, the onset of colorectal cancer. This increases the methylation rate.
本発明においてDMRバイオマーカーとして用いられるDMR及びそこに含まれるCpGサイトとしては、同一の発癌UC患者において、大腸の非癌部位と癌部位とのメチル化率の差が小さいものがより好ましい。
このようなCpGサイトのメチル化率又はDMRの平均メチル化率をDMRバイオマーカーとすることにより、発癌UC患者の非癌部位から採取された直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織を用いる場合であっても、癌部位から採取された直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織を用いた場合と同様に、高感度に大腸癌発症可能性の有無を示すDNAメチル化情報を得ることができる。
As for the DMR used as a DMR biomarker in the present invention and the CpG site contained therein, it is more preferable that the difference in methylation rate between a non-cancerous site and a cancerous site of the large intestine is small in the same patient with oncogenic UC.
By using the methylation rate of such CpG sites or the average methylation rate of DMR as a DMR biomarker, even when using rectal mucosal tissue or colonic mucosal tissue collected from a non-cancerous site of cancer-causing UC patients, Similarly to the case of using rectal mucosal tissue or colon mucosal tissue collected from a cancer site, DNA methylation information indicating the possibility of developing colon cancer can be obtained with high sensitivity.
本発明においてDMRバイオマーカーとして用いられるDMR及びそこに含まれるCpGサイトは表1の記載で特定されるDMR及びそこに含まれるCpGサイトである。
表中、「Gene Symbol」は、当該DMRが示す遺伝子の名称を示す。「Ensemble ID」は当該DMRを示す遺伝子に紐づけられたIDであり、これを参照することで当該DMRの具体的な塩基配列を特定することが可能である。「染色体番号」は当該DMRが存在するヒトゲノム染色体の番号を示す。「DMR Start」、「DMR End 」は当該染色体のゲノム配列上の位置を示す数値であり、「Width」は当該DMRの塩基対の個数を示す数値である。なお、これらの数値は一例であり、参照するゲノムDNAのデータベースにより異なる場合もあるが、その場合はGene Symbol及び/又はEnsemble IDによるDMRの領域の特定が優先され、当業者であればこの記載を基に適宜特定のDMRの領域を特定することが可能である。
DMRs and CpG sites contained therein used as DMR biomarkers in the present invention are the DMRs and CpG sites contained therein specified in Table 1.
In the table, "Gene Symbol" indicates the name of the gene indicated by the DMR. "Ensemble ID" is an ID linked to the gene indicating the DMR, and by referring to this, it is possible to specify the specific base sequence of the DMR. "Chromosome number" indicates the number of the human genome chromosome in which the DMR exists. "DMR Start" and "DMR End" are numerical values indicating the position on the genome sequence of the relevant chromosome, and "Width" is a numerical value representing the number of base pairs of the relevant DMR. Note that these numbers are just an example, and may differ depending on the reference genomic DNA database, but in that case, priority is given to specifying the DMR region by Gene Symbol and/or Ensemble ID, and those skilled in the art will be able to understand this description. It is possible to appropriately identify a specific DMR region based on the .
本発明においてDMRバイオマーカーとして用いられるDMRは表1に記載のDMRから選択される二箇所以上を含み、三箇所以上、四箇所以上、五箇所以上、六箇所以上、七箇所以上、八箇所以上を含んでもよく、11種類のDMRのうち、いずれの二箇所以上のDMRを含むものであってもよいが、TNFS4及びNFATC1が少なくとも含まれることが好ましい。
これら二箇所のDMRがコードする遺伝子は、T細胞活性化経路に関与、又は細胞接着/遊走に関与する遺伝子である。より具体的には、TNFSF4(TNF Superfamily Member4)はTNFスーパーファミリーに属する1回膜貫通型の共刺激分子をコードする遺伝子であり、OX40Lとも表記されうる。ここから翻訳されるタンパク質は、T細胞と抗原提示細胞の相互作用において機能し、活性化T細胞の内皮細胞への接着を調節する機能を有する。NFATC1(Nuclear Factor of Activated T Cells 1)はNFATのアイソフォームの1種をコードする遺伝子であり、ここから翻訳されるタンパク質は、Rel Homology domain(RHD)のN末端側に位置するCalcium regulatory domain(CRD)を介してカルシウム依存性ホスファターゼと結合する機能を有する。
DMRs used as DMR biomarkers in the present invention include two or more locations selected from the DMRs listed in Table 1, including three or more locations, four or more locations, five or more locations, six or more locations, seven or more locations, and eight or more locations. It may contain any two or more DMRs among the 11 types of DMRs, but it is preferable that at least TNFS4 and NFATC1 are included.
The genes encoded by these two DMRs are genes involved in the T cell activation pathway or in cell adhesion/migration. More specifically, TNFSF4 (TNF Superfamily Member 4) is a gene encoding a single-transmembrane costimulatory molecule belonging to the TNF superfamily, and may also be written as OX40L. The protein translated from this functions in the interaction between T cells and antigen presenting cells and has the function of regulating the adhesion of activated T cells to endothelial cells. NFATC1 (Nuclear Factor of Activated T Cells 1) is a gene that encodes one of the isoforms of NFAT, and the protein translated from this gene is a calcium regulatory protein located at the N-terminal side of the Rel Homology domain (RHD). domain( It has the function of binding to calcium-dependent phosphatase via CRD).
本発明においてDMRバイオマーカーとして用いられるDMRは、上述の二箇所に加えて、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8及びRYR1からなる群から選択される一箇所以上を更に含むことができる。
これら七箇所のDMRがコードする遺伝子は、電位依存性カルシウムチャネルを構成する各種タンパク質やリアノジン受容体をコードし、ここから翻訳されるタンパク質は、細胞内カルシウムイオン濃度の調節に関与する。
In addition to the two locations described above, the DMR used as a DMR biomarker in the present invention can further include one or more locations selected from the group consisting of CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, and RYR1.
The genes encoded by these seven DMRs encode various proteins constituting voltage-gated calcium channels and ryanodine receptors, and the proteins translated from these genes are involved in the regulation of intracellular calcium ion concentration.
本発明においてDMRバイオマーカーとして用いられるDMRは、上述の二箇所及び/又は上述の七箇所から選ばれる一箇所以上のDMRに加えて、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される一箇所以上を更に含むことができる。
FAM222Aは詳細な機能が未だ解明されていないタンパク質をコードする遺伝子であり、C12orf34とも表記されうる。MDGA1(MAM Domain Containing Glycosylphosphatidylinositol Anchor 1)はイムノグロブリンスーパーファミリーに属するGPIアンカー型の細胞外タンパク質をコードする遺伝子である。
The DMR used as a DMR biomarker in the present invention includes, in addition to the DMR at one or more locations selected from the above two locations and/or the above seven locations, one or more locations selected from the group consisting of FAM222A and MDGA1. can be included.
FAM222A is a gene encoding a protein whose detailed function has not yet been elucidated, and may also be written as C12orf34. MDGA1 (MAM Domain Containing Glycosylphosphatidylinositol Anchor 1) is a gene encoding a GPI-anchored extracellular protein belonging to the immunoglobulin superfamily.
被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取するDNAは、直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のいずれでもよいが、直腸粘膜組織とすることがより好ましい。大腸深部の粘膜は内視鏡等を用いて採取する必要があり、それを採取する際の患者の負担が大きい。その一方で、肛門付近の直腸粘膜は比較的容易に採取でき、それを採取する際の患者の負担が小さい。大腸の非癌部位と癌部位とのメチル化率の差が小さいCpGサイト又はDMRをマーカーとすることにより、癌部位が形成される位置にかかわらず、肛門付近の直腸粘膜を用いて大腸癌を発症している可能性の高い患者を漏れなく検出することができる。 The DNA collected from the human ulcerative colitis patient who is the subject may be either rectal mucosal tissue or large intestine mucosal tissue, but rectal mucosal tissue is more preferable. The mucous membrane from the deep part of the large intestine needs to be collected using an endoscope or the like, which places a heavy burden on the patient. On the other hand, the rectal mucosa near the anus can be collected relatively easily, and the burden on the patient when collecting it is small. By using CpG sites or DMRs, which have a small difference in methylation rate between non-cancerous and cancerous parts of the colon, as markers, we can detect colorectal cancer using the rectal mucosa near the anus, regardless of where the cancerous part is formed. It is possible to detect all patients who are likely to have the disease.
<DNAメチル化情報>
本発明及び本願明細書においてDNAメチル化情報とは、CpGサイトのメチル化率を示す数値データ、DMR全体のメチル化率を示す数値データ、DMRに含まれるすべてのCpGサイトのメチル化率の平均を示す数値データ、DMRメチル化レベルの数値(β値)の数値データ、発癌UC患者のβ値と非癌UC患者のβ値の差であるΔβ値の数値データが含まれる。DNAメチル化情報は、コンピュータで利用可能な形式にて、CD、DVD、ハードディスク、あるいは半導体メモリ等のコンピュータで読取り可能な記憶媒体に保存された状態で提供されるデータであってもよい。
なお、本願明細書におけるコンピュータは、本発明の情報処理装置と同義であるものとして以下説明する。
<DNA methylation information>
In the present invention and the specification of this application, DNA methylation information refers to numerical data indicating the methylation rate of CpG sites, numerical data indicating the methylation rate of the entire DMR, and the average methylation rate of all CpG sites included in the DMR. , numerical data of the DMR methylation level (β value), and numerical data of the Δβ value, which is the difference between the β value of cancerous UC patients and the β value of non-cancer UC patients. The DNA methylation information may be data provided in a computer-usable format and stored on a computer-readable storage medium such as a CD, DVD, hard disk, or semiconductor memory.
Note that the computer in this specification will be described below as having the same meaning as the information processing device of the present invention.
<DNAメチル化情報の処理方法>
本発明の実施に係るDNAメチル化情報の処理方法について、図1と図2を用いて説明する。図1は、本発明の実施に関するフローチャートである。図2は、本発明の実施に関するシステム構成図である。
なお、図2は、コンピュータ10とデータベース20とが互いに独立した構成であるものとして図示している。但し、本発明の実施において、必ずしもコンピュータ10とデータベース20とが互いに独立している必要はなく、コンピュータ10とデータベース20が一体的な構成として実現されてもよい(コンピュータ10に相当する構成が、データベース20に相当する構成を組み込んでもよい)。
<How to process DNA methylation information>
A method for processing DNA methylation information according to the present invention will be explained using FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a flowchart for implementing the invention. FIG. 2 is a system configuration diagram for implementing the present invention.
Note that FIG. 2 illustrates the
(1)DNA回収/サンプル調製
先ず、被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した生体試料(直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織)からDNAが回収され、サンプル調製が行われる(ステップS101)。
ここで、ステップS101におけるDNA回収/サンプル調製は、ヒトによって手動で実現されてもよいし、不図示の装置によって機械的に実現されてもよい。
DNAの回収方法は、公知の方法であれば特に限定されず、市販のDNA抽出・精製キット等を用いることができる。また、生体試料は採取した直後にDNA回収を行ってもよく、各種前処理を施した後にDNA回収を行ってもよい。ここで、各種前処理は、生体試料を凍結させたり、常法に従いホルマリン固定及びパラフィン包埋を施されたFFPEサンプルを調整したりすることを指す。市販のDNA抽出・精製キットとしては、例えば、後述する参考例1のようにQIAmp DNA FFPE tissue kit(Qiagen社製)を用いることができる。
サンプル調製は、DNA中のCpGサイトのメチル化率を測定できる状態にする方法であれば特に限定されるものではない。CpGサイトのメチル化率を測定する方法としては、特定のCpGサイトについてメチル化されたシトシン残基とメチル化されていないシトシン残基とを区別して定量可能な方法であり、当該技術分野において公知の方法としては、バイサルファイトシーケンス法、COBRA(Combined Bisulfite Restriction Analysis)法、qAMP(quantitative analysis of DNA methylation using real-time PCR)法、MIAM(Microarrau-based Integrated Anlysis of Methylation by Isoschizomers)法等があげられる。
なお、ステップS101における生体試料の採取は、例えば、特許文献2、国際公開パンフレットWO2018/008153号、国際公開パンフレットWO2018/062361号等に記載の大腸粘膜採取用キット、大腸粘膜採取具、大腸粘膜採取補助具等を用いることがより好ましい。
(1) DNA Recovery/Sample Preparation First, DNA is recovered from a biological sample (rectal mucosal tissue or large intestine mucosal tissue) collected from a human ulcerative colitis patient as a test subject, and sample preparation is performed (step S101).
Here, the DNA collection/sample preparation in step S101 may be performed manually by a human, or may be performed mechanically by a device (not shown).
The DNA recovery method is not particularly limited as long as it is a known method, and commercially available DNA extraction/purification kits and the like can be used. Furthermore, the DNA may be collected immediately after the biological sample is collected, or the DNA may be collected after performing various pretreatments. Here, various pretreatments refer to freezing a biological sample or preparing a formalin-fixed and paraffin-embedded FFPE sample according to a conventional method. As a commercially available DNA extraction/purification kit, for example, QIAmp DNA FFPE tissue kit (manufactured by Qiagen) can be used as in Reference Example 1 described below.
The sample preparation is not particularly limited as long as it is a method that allows measurement of the methylation rate of CpG sites in DNA. The method for measuring the methylation rate of a CpG site is a method that can distinguish and quantify methylated cytosine residues and unmethylated cytosine residues for a specific CpG site, and is a method known in the art. Methods include bisulfite sequencing method, COBRA (Combined Bisulfite Restriction Analysis) method, qAMP (quantitative analysis of DNA methylation using real-t ime PCR) method, MIAM (Microarray-based Integrated Analysis of Methylation by Isoschizomers) method, etc. It will be done.
Note that the collection of the biological sample in step S101 can be carried out using, for example, a kit for colon mucosa collection, a colon mucosa collection tool, a colon mucosa collection tool, or a colon mucosa collection tool described in Patent Document 2, International Publication Pamphlet No. WO2018/008153, International Publication Pamphlet No. WO2018/062361, etc. It is more preferable to use an auxiliary tool or the like.
(2)DNAメチル化情報の取得/特定のDMRの平均メチル化率の算出
次に、コンピュータ10は、ステップS101において調製されたサンプルから測定される特定のDMR(表1に示されるDMR)の中に存在するCpGサイトのメチル化情報を取得し、特定のDMRの平均メチル化率を算出する(ステップS103)。
ステップS103において算出されるDMRの平均メチル化率は、任意のDMRに存在する全てのCpGサイトのメチル化率の相加平均値(算術平均値)又は相乗平均値(幾何平均値)を意味するが、これ以外の平均値でもよい。
ステップS103における特定のDMRの平均メチル化率の算出に用いられるDNAメチル化情報は、ヒトによってコンピュータ10に手動入力されてもよいし、不図示の記憶媒体に保存された状態で提供され、当該記憶媒体からコンピュータ10に読み込まれることによって取得されてもよい。
ステップS103における特定のDMRの平均メチル化率の算出は、ヒトによる手動の実行命令(DNAメチル化情報の手動入力とは別の操作)を契機としてコンピュータ10が実行してもよいし、コンピュータ10がDNAメチル化情報を取得するのと同時に又は連続的に自動的に実行してもよい。
(2) Acquisition of DNA methylation information/Calculation of average methylation rate of specific DMR Next, the
The average methylation rate of a DMR calculated in step S103 means the arithmetic mean value (arithmetic mean value) or geometric mean value (geometric mean value) of the methylation rates of all CpG sites present in a given DMR. However, other average values may be used.
The DNA methylation information used to calculate the average methylation rate of a specific DMR in step S103 may be manually input into the
The calculation of the average methylation rate of a specific DMR in step S103 may be executed by the
(3)被験者の大腸癌発症に関する解析
次に、コンピュータ10は、ステップS103において被験者について算出された複数の特定のDMRの各々の平均メチル化率を用いて、被験者であるUC患者の大腸癌発症可能性について解析して解析結果を得る(ステップS105)。
ステップS105の解析において、コンピュータ10は、データベース20に格納されている多変量判別式を用いる。当該多変量判別式は、ステップS105の解析の事前に予め定められた関数式である。より具体的には、当該多変量判別式は、上記の発癌潰瘍性大腸炎患者群(第一の母集団に相当)から得られた特定のDMRの各々の平均メチル化率と、上記の非癌潰瘍性大腸炎患者群(第二の母集団に相当)から得られた特定のDMRの各々の平均メチル化率と、を説明変数とする多変量解析によって定められた関数式である。
また、被検者である第一の母集団、及び第二の母集団のいずれかに属するヒト潰瘍性大腸炎患者は、潰瘍性大腸炎の診断を受けてから10年以上の罹患年数を有する者であることが好ましい。このように長期にわたり罹患が継続している患者においては、腸管粘膜での広範囲かつ高度な炎症が長期間持続しており、慢性的な炎症が原因となる遺伝的および後天的な形質転換を獲得する可能性が高まるため、罹患年数を長く有する者であるほど、特定のDMRの各々の平均メチル化率、β値やΔβ値のようなDNAメチル化情報等、大腸癌発症可能性を評価する重要な指標が安定的に得られやすいと考えられる。なお、UC患者の大腸癌発症には一般的な散発性大腸癌とは異なり、慢性炎症の長期持続によるDNA障害が重要であることが知られている。
(3) Analysis regarding the onset of colorectal cancer in the test subject Next, the
In the analysis in step S105, the
In addition, human ulcerative colitis patients who belong to either the first population or the second population, who are the subjects, have been diagnosed with ulcerative colitis for 10 years or more. It is preferable that the person is In patients who have been affected for a long time, extensive and high-level inflammation in the intestinal mucosa persists for a long time, and they acquire genetic and acquired transformations caused by chronic inflammation. The probability of developing colorectal cancer is evaluated based on the average methylation rate of each specific DMR, DNA methylation information such as β value and Δβ value, etc. It is thought that it is easier to obtain important indicators stably. It is known that, unlike general sporadic colon cancer, DNA damage caused by long-term persistence of chronic inflammation is important for the development of colon cancer in UC patients.
また、ステップS105の解析において、コンピュータ10は、上記の多変量判別式に加え、更に、予め定められた閾値を用いて解析することもできる。当該閾値は、ステップS105の解析の事前に予め定められた値であり、その値は上記の多変量判別式に基づく応答変数として定められてもよい。当該閾値は、解析対象となる患者群の症例数に応じて変化しうるが、5%を下限とし、25%を上限とし、5%を超え25%を下回る数値であればいずれでもよく、特に限定されないが、例えば、5%を超え20%を下回る数値、5%を超え15%を下回る数値、5%を超え10%を下回る数値、10%を超え25%を下回る数値、15%を超え25%を下回る数値、20%を超え25%を下回る数値があげられる。
Furthermore, in the analysis in step S105, the
データベース20に格納される多変量判別式は、多変量解析の対象となるDNAメチル化情報(第一の母集団及び第二の母集団から得られた特定のDMRの平均メチル化率)を蓄積し、その蓄積したDNAメチル化情報を機械学習することによって、蓄積に応じてブラッシュアップされてもよい。
上記の多変量判別式の作成に用いられる機械学習は、本発明の目的を達成する範囲において既知の手法のいずれも適用可能であり、その結果として作成される多変量判別式は、ロジスティック回帰式、線形判別式、ナイーブベイズ分類器で作成された式、又はサポートベクターマシンで作成された式のいずれであってもよい。
The multivariate discriminant stored in the
Any known method can be applied to the machine learning used to create the above multivariate discriminant within the scope of achieving the purpose of the present invention, and the multivariate discriminant created as a result can be applied using a logistic regression equation. , a linear discriminant, a formula created using a naive Bayes classifier, or a formula created using a support vector machine.
ステップS105の解析において、コンピュータ10は、少なくとも二箇所以上のDMRについて、被験者から抽出したDNA中における平均メチル化率を上記の多変量判別式及び/又は上記の閾値を用いて解析し、その解析結果を得る。
ここでコンピュータ10が得る解析結果は、被験者から得られた特定のDNRの各々の平均メチル化率を上記の多変量判別式の変数に代入して得られる結果を示す情報であってもよく、被験者から得られた特定のDNRの各々の平均メチル化率と上記の閾値の大小関係を示す情報であってもよく、これらの情報に基づいて大腸癌発症の可能性が高い患者/低い患者を判別した結果を示す情報であってもよい。
例えば、被験者について算出された特定のDMRの平均メチル化率が上記の閾値を上回る場合、コンピュータ10は、その被験者の大腸癌発症について陽性と判定する。なお、コンピュータ10が陽性と判定したとしても、それに応じて生成する支援情報は、大腸癌発症を確定的に示す内容にならないことは当業者であれば十分に理解できる。コンピュータ10が生成する支援情報は、あくまで、医師による診断を補助するための情報に過ぎないからである。
被験者について算出された特定のDMRの平均メチル化率が上記の閾値を下回る場合、特異度が50%程度であって偽陰性の可能性もあるので、コンピュータ10は、必ずしも陰性と判定する必要はない。
In the analysis of step S105, the
Here, the analysis result obtained by the
For example, if the average methylation rate of a specific DMR calculated for a subject exceeds the above threshold, the
If the average methylation rate of a specific DMR calculated for a subject is below the above threshold, the specificity is about 50% and there is a possibility of a false negative, so the
(4)支援情報の生成
次に、コンピュータ10は、ステップS105において得られた解析結果に基づいて、被験者であるUC患者の大腸癌発症の診断を支援する支援情報を生成する(ステップS107)。
ステップS107において生成される支援情報は、医師が被験者について大腸癌発症の診断する際に有用な情報であればよく、その態様は文字列、数値、画像等のいずれであってもよい。例えば、当該支援情報は、「発症可能性が高い」または「発症可能性が低い」等の大腸癌発症可能性の高さを示す特定の文字列であってもよく、被験者について大腸癌発症の診断を確定するための検査(例えば、内視鏡検査等)の受診を推奨するか否かを示す文字列であってもよく、0~100%の範囲内の任意の割合等の数値であってもよく、上述の文字列や数値を単独でまたは組み合わせて表示する画像であってもよい。
ステップS107において生成された支援情報は、コンピュータ10によって出力されてもよく、コンピュータ10に接続された不図示のプリンタ、モニタ、ディスプレイ等の出力装置によって出力されてもよい。
(4) Generation of Support Information Next, the
The support information generated in step S107 may be any information that is useful for a doctor to diagnose the onset of colon cancer in a subject, and may be in any form such as a character string, a numerical value, or an image. For example, the support information may be a specific character string indicating a high possibility of developing colorectal cancer, such as "high possibility of developing" or "low possibility of developing", and the support information may be a specific character string indicating a high possibility of developing colorectal cancer, such as "high possibility of developing" or "low possibility of developing". It may be a character string indicating whether or not to recommend a test (for example, endoscopy, etc.) to confirm the diagnosis, or it may be a numerical value such as an arbitrary percentage within the range of 0 to 100%. It may also be an image displaying the above-mentioned character strings or numerical values alone or in combination.
The support information generated in step S107 may be output by the
上述したステップS103は本発明の「第一工程」に相当する処理であり、上述したステップS105は本発明の「第二工程」に相当する処理である。
ステップS105における解析に用いられる特定のDMRは、表1に示されるDMR(TNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1)からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む。
また、ステップS105における解析結果は、ステップS107において被験者に関する大腸癌発症の診断の支援情報として用いられる。
従って、上述したDNAメチル化情報の処理方法は、本発明に係る診断支援方法及び診断評価方法を含んでいる。
なお、本発明の「第一工程」及び「第二工程」に相当するステップS103及びステップS105の処理の主体が、コンピュータ10である実施形態を説明したが、本発明の実施はこれに限られない。本発明の目的を達成する範囲において、それぞれの処理の一部又は全部が、ヒトによって手動で実現されてもよく、又は、ヒトとコンピュータの協働によって実現されてもよい。
Step S103 described above is a process that corresponds to the "first step" of the present invention, and step S105 described above is a process that corresponds to the "second step" of the present invention.
The specific DMRs used for the analysis in step S105 are two locations selected from the group consisting of DMRs (TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A, and MDGA1) shown in Table 1. Includes the above DMR.
Further, the analysis result in step S105 is used as support information for diagnosing the onset of colon cancer regarding the subject in step S107.
Therefore, the above-described DNA methylation information processing method includes the diagnostic support method and diagnostic evaluation method according to the present invention.
Although an embodiment has been described in which the
また、上述したステップS103、ステップS105、及びステップS107を実行するコンピュータ10は、本発明の「メチル化率算出手段」と「解析手段」と「診断支援手段」とを備えるので、本発明に係る診断支援装置に相当するものである。そして、コンピュータ10とデータベース20とを組み合わせたコンピュータシステムが、本発明に係る診断支援システムに相当する。
ここで、診断支援装置(コンピュータ10)は、本発明に係る診断支援方法を実行するプログラムまたはソフトウェアと、当該プログラムまたは当該ソフトウェアを実行するハードウェアとから構成される装置である。当該ハードウェアの代表的な例は、CPU(又はプロセッサ)、RAM、ROM、ハードディスク、ディスプレイ、キーボード、マウス、通信インターフェース等が挙げられる。診断支援装置(コンピュータ10)は、本発明に係る診断支援方法を実現する各機能に対応するモジュールを有するプログラムをRAMまたはROMに格納しておき、CPU(又はプロセッサ)によって当該プログラムを実行してもよい。また、このようなプログラムも本発明の範囲に含まれる。
Furthermore, the
Here, the diagnosis support device (computer 10) is a device that includes a program or software that executes the diagnosis support method according to the present invention, and hardware that executes the program or the software. Typical examples of the hardware include a CPU (or processor), RAM, ROM, hard disk, display, keyboard, mouse, communication interface, and the like. The diagnosis support device (computer 10) stores a program having modules corresponding to each function that implements the diagnosis support method according to the present invention in the RAM or ROM, and executes the program by the CPU (or processor). Good too. Further, such programs are also included within the scope of the present invention.
以上、代表的な実施形態に基づいて本発明を説明した。本発明に係る診断支援方法、診断支援システム、診断評価方法及び診断支援装置は、ヒトUC患者の大腸癌発症可能性を判定するために用いることができ、ゲノムDNA中のDMR及びそこに含まれるCpGサイトのうち、発癌潰瘍性大腸炎患者群と非癌潰瘍性大腸炎患者群とでメチル化率について有意な差が認められるDMRをマーカーとすることを特徴とする。そして、これらのマーカーとなるCpGサイトのメチル化率又はDMRの平均メチル化率をマーカーとして、ヒトUC患者が大腸癌を発症している可能性が高いか否かを示す支援情報を生成して出力することによって、視認判別が非常に困難であるヒトUC患者における大腸癌の発症可能性をより客観的かつ感度よく検出することができ、医師が内視鏡検査等による確定診断のための検査を行うか否かの判断を補助し、大腸癌の早期発見が期待できる。さらには、本発明に係る診断支援方法及び診断支援装置を用いることによって、内視鏡検査等の患者への負担の大きい検査をヒトUC患者に実施する必要があるか否かのスクリーニングに用いることができ、より効率的な大腸癌検診等に用いることができる。また、本発明によって大腸癌の早期発見や、効率的な大腸癌検診が実現されることにより、大腸癌の適切な治療方法を、それを必要とする被検者に適切に提供することができる。大腸癌の治療方法としては、一般に大腸癌の治療に用いることができる抗癌剤として知られている治療用薬剤を、各々の薬剤に応じた有効量を、当該被検者に各々の薬剤に適した投与経路で投与することによって実現可能である。 The present invention has been described above based on typical embodiments. The diagnostic support method, diagnostic support system, diagnostic evaluation method, and diagnostic support device according to the present invention can be used to determine the possibility of developing colorectal cancer in a human UC patient, and can be used to determine the possibility of developing colorectal cancer in a human UC patient. Among CpG sites, the marker is DMR, which shows a significant difference in methylation rate between cancerous ulcerative colitis patient group and non-cancer ulcerative colitis patient group. Then, using the methylation rate of CpG sites or the average methylation rate of DMR as markers, support information is generated that indicates whether or not a human UC patient is likely to have developed colorectal cancer. By outputting the data, it is possible to more objectively and sensitively detect the possibility of developing colorectal cancer in human UC patients, which is extremely difficult to visually identify, and allows doctors to use tests such as endoscopy for definitive diagnosis. It is expected to assist in deciding whether or not to proceed with the early detection of colorectal cancer. Furthermore, by using the diagnostic support method and diagnostic support device according to the present invention, it can be used for screening whether or not it is necessary to perform tests that place a large burden on patients, such as endoscopy, on human UC patients. It can be used for more efficient colon cancer screening, etc. Furthermore, by realizing early detection of colorectal cancer and efficient colorectal cancer screening according to the present invention, an appropriate treatment method for colorectal cancer can be appropriately provided to subjects who need it. . As a treatment method for colorectal cancer, therapeutic drugs known as anticancer drugs that can generally be used for the treatment of colorectal cancer are administered to the subject at an effective dose appropriate for each drug. This can be achieved by administering via the administration route.
本発明は以下の技術思想を包含する。
(1)ヒト潰瘍性大腸炎患者の大腸癌発症に関する診断を支援するための診断支援方法であって、被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAにおける、複数の特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報を取得し、前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出する第一工程と、前記被験者について算出した前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、予め定められた多変量判別式と、を用いて解析する第二工程と、を有し、前記第二工程における解析結果は、前記被験者に関する大腸癌発症の診断の支援情報として用いられ、前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、ことを特徴とする診断支援方法。
(2)前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4及びNFATC1を少なくとも含む、(1)に記載の診断支援方法。
(3)前記特定のDMRは、表1に示されるCACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、及びRYR1からなる群から選択される一箇所以上のDMRを更に含む、(2)に記載の診断支援方法。
(4)前記特定のDMRは、表1に示されるFAM222A及びMDGA1からなる群から選択される一箇所以上のDMRを更に含む、(2)又は(3)に記載の診断支援方法。
(5)前記第二工程は、前記特定のDMRの平均メチル化率及び前記多変量判別式に加え、更に、予め定められた閾値を用いて解析する、(1)から(4)のいずれか一つに記載の診断支援方法。
(6)前記多変量判別式は、ヒト潰瘍性大腸炎に罹患した後に大腸癌の診断を受けた患者からなる第一の母集団から得られた前記特定のDMRの平均メチル化率と、ヒト潰瘍性大腸炎に罹患した後に大腸癌発症の診断を未だ受けていない患者からなる第二の母集団から得られた前記特定のDMRの平均メチル化率と、を説明変数とする多変量解析によって定められた関数式であり、前記閾値は、前記第二工程が行われる事前に前記多変量判別式に基づいて予め定められた値である、(5)に記載の診断支援方法。
(7)前記閾値は、5%を超え25%を下回る値であり、前記第二工程における解析は、前記被験者について算出された前記特定のDMRの平均メチル化率が前記閾値を上回る場合、前記被験者の大腸癌発症について陽性と判定する、(6)に記載の診断支援方法。
(8)前記第一の母集団及び前記第二の母集団を構成する患者は、ヒト潰瘍性大腸炎の罹患から経過した年数が10年以上の患者である、(6)又は(7)に記載の診断支援方法。
(9)前記多変量判別式が、ロジスティック回帰式、線形判別式、ナイーブベイズ分類器で作成された式、又はサポートベクターマシンで作成された式である、(1)から(8)のいずれか一つに記載の診断支援方法。
(10)前記被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取したDNAが直腸粘膜組織である、(1)から(9)のいずれか一つに記載の診断支援方法。
(11)前記第一工程における算出と前記第二工程における解析は、情報処理装置によって実現される処理であり、前記情報処理装置は、前記第二工程における解析の結果に基づいて、前記被験者について大腸癌発症の診断を確定するための検査を推奨するか否かを示す情報を、前記支援情報として生成する第三工程を、更に有する、(1)から(10)のいずれか一つに記載の診断支援方法。
(12)ヒト潰瘍性大腸炎患者の大腸癌発症に関する診断を支援するための診断支援装置であって、被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAにおける、特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報を取得し、前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出するメチル化率算出手段と、前記被験者について算出された前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、予め定められた多変量判別式と、を用いて解析する解析手段と、前記解析手段による解析結果に基づいて、前記被験者の大腸癌発症の診断に用いる支援情報を生成する診断支援手段と、を備え、前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、ことを特徴とする診断支援装置。
(13)ヒト潰瘍性大腸炎患者の大腸癌発症に関する診断を支援するための診断支援装置と、データベースと、を備える診断支援システムであって、前記診断支援装置は、被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAにおける、複数の特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報を取得し、前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出するメチル化率算出手段と、前記被験者について算出された前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、前記データベースに予め記憶されている多変量判別式と、を用いて解析する解析手段と、前記解析手段による解析結果に基づいて、前記被験者の大腸癌発症の診断に用いる支援情報を生成する診断支援手段と、を備え、前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、ことを特徴とする診断支援システム。
(14)ヒト潰瘍性大腸炎患者の大腸癌発症に関する診断を支援するための診断評価方法であって、被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAにおける、複数の特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報を取得し、前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出する第一工程と、前記被験者について算出された前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、予め定められた多変量判別式と、を用いて解析する第二工程と、を有し、前記第二工程における解析結果は、前記被験者に関する大腸癌発症の診断の支援情報として用いられ、前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、ことを特徴とする診断評価方法。
(a)被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAから取得した、特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報の使用であって、前記メチル化情報に基づいて前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出し、算出した前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、予め定められた多変量判別式と、を用いて解析し、解析した結果に基づいて、前記被験者の大腸癌発症の診断に用いる支援情報を生成し、前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、ことを特徴とするメチル化情報の使用。
(b)被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者の大腸癌発症に関する診断を支援するためのDNAメチル化率分析用マーカーに用いられる、DNA断片の応用であって、前記DNA断片は前記被検者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAから取得したDNA断片であり、前記DNA断片に含まれる複数の特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化率を測定してメチル化情報を取得し、前記メチル化情報に基づいて前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出し、算出した前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、予め定められた多変量判別式と、を用いて解析し、解析した結果に基づいて、前記被験者の大腸癌発症の診断に用いる支援情報を生成し、前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、ことを特徴とする、応用。
The present invention includes the following technical ideas.
(1) A diagnostic support method for supporting diagnosis regarding the development of colon cancer in human ulcerative colitis patients, in which DNA of rectal mucosal tissue or colonic mucosal tissue collected from human ulcerative colitis patients as test subjects, A first step of acquiring methylation information of all CpG sites present in a plurality of specific methylation variable regions (DMRs) and calculating the average methylation rate of each of the specific DMRs, and regarding the subject. a second step of analyzing using the calculated average methylation rate of each of the specific DMRs and a predetermined multivariate discriminant; The specific DMR is selected from the group consisting of TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A and MDGA1 shown in Table 1. A diagnostic support method comprising two or more DMRs.
(2) The diagnosis support method according to (1), wherein the specific DMR includes at least TNFSF4 and NFATC1 shown in Table 1.
(3) The specific DMR according to (2) further includes one or more DMRs selected from the group consisting of CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, and RYR1 shown in Table 1. Diagnostic support method.
(4) The diagnosis support method according to (2) or (3), wherein the specific DMR further includes one or more DMRs selected from the group consisting of FAM222A and MDGA1 shown in Table 1.
(5) In the second step, in addition to the average methylation rate of the specific DMR and the multivariate discriminant, the analysis is performed using a predetermined threshold. Diagnostic support method described in one.
(6) The multivariate discriminant is based on the average methylation rate of the specific DMR obtained from a first population consisting of patients who were diagnosed with colon cancer after suffering from human ulcerative colitis, and By multivariate analysis using as an explanatory variable the average methylation rate of the specific DMR obtained from a second population consisting of patients who have not yet been diagnosed with colon cancer after suffering from ulcerative colitis. The diagnosis support method according to (5), wherein the threshold value is a predetermined functional expression, and the threshold value is a value predetermined based on the multivariate discriminant before the second step is performed.
(7) The threshold value is more than 5% and less than 25%, and the analysis in the second step is performed when the average methylation rate of the specific DMR calculated for the subject exceeds the threshold value. The diagnostic support method according to (6), wherein the test subject is determined to be positive for developing colorectal cancer.
(8) According to (6) or (7), the patients constituting the first population and the second population are patients who have been suffering from human ulcerative colitis for 10 years or more. Diagnostic support method described.
(9) Any one of (1) to (8), wherein the multivariate discriminant is a logistic regression equation, a linear discriminant, an equation created with a naive Bayes classifier, or an equation created with a support vector machine. Diagnosis support method described in one.
(10) The diagnostic support method according to any one of (1) to (9), wherein the DNA collected from the human ulcerative colitis patient as the subject is rectal mucosal tissue.
(11) The calculation in the first step and the analysis in the second step are processes realized by an information processing device, and the information processing device calculates information about the subject based on the results of the analysis in the second step. The method described in any one of (1) to (10) further includes a third step of generating information indicating whether or not to recommend a test to confirm the diagnosis of colorectal cancer onset as the support information. diagnosis support method.
(12) A diagnostic support device for supporting diagnosis regarding the development of colon cancer in human ulcerative colitis patients, which uses DNA from rectal mucosal tissue or colonic mucosal tissue collected from human ulcerative colitis patients as test subjects. Methylation rate calculation means for acquiring methylation information of all CpG sites present in a specific methylation variable region (DMR) and calculating an average methylation rate for each of the specific DMRs, and regarding the subject. an analysis means that performs analysis using the calculated average methylation rate of each of the specific DMRs and a predetermined multivariate discriminant; and a diagnostic support means for generating support information used for diagnosing the onset of the disease. A diagnostic support device comprising two or more DMRs selected from the group consisting of:
(13) A diagnostic support system comprising a diagnostic support device and a database for supporting diagnosis regarding the development of colon cancer in human ulcerative colitis patients, the diagnostic support device comprising: Obtain methylation information of all CpG sites present in multiple specific methylation variable regions (DMRs) in DNA of rectal mucosal tissue or large intestine mucosal tissue collected from a patient with inflammation, and obtain methylation information for each of the specific DMRs. using a methylation rate calculation means for calculating an average methylation rate of each of the specific DMRs calculated for the subject, and a multivariate discriminant stored in advance in the database. and a diagnosis support means that generates support information for use in diagnosing the onset of colorectal cancer in the subject based on the analysis result by the analysis means, and the specific DMR is as shown in Table 1. A diagnostic support system comprising two or more DMRs selected from the group consisting of TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A, and MDGA1.
(14) A diagnostic evaluation method for supporting diagnosis regarding the development of colorectal cancer in human ulcerative colitis patients, which comprises: A first step of acquiring methylation information of all CpG sites present in a plurality of specific methylation variable regions (DMRs) and calculating the average methylation rate of each of the specific DMRs, and regarding the subject. a second step of analyzing using the calculated average methylation rate of each of the specific DMRs and a predetermined multivariate discriminant; The specific DMR is used as support information for diagnosing the onset of colorectal cancer regarding the subject, and the specific DMR is selected from the group consisting of TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A, and MDGA1 shown in Table 1. A diagnostic evaluation method comprising two or more selected DMRs.
(a) Methylation information of all CpG sites present in a specific methylation variable region (DMR) obtained from DNA of rectal mucosal tissue or large intestine mucosal tissue collected from a human ulcerative colitis patient as a subject calculating an average methylation rate of each of the specific DMRs based on the methylation information, and using the calculated average methylation rate of each of the specific DMRs and a predetermined multivariate discrimination. Based on the analysis results, support information used for diagnosing the onset of colorectal cancer in the subject is generated, and the specific DMRs are TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, and CACNA1C shown in Table 1. , CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A, and MDGA1.
(b) Application of a DNA fragment used as a marker for DNA methylation rate analysis to support diagnosis regarding the onset of colorectal cancer in a human ulcerative colitis patient who is a test subject, the DNA fragment being a human ulcerative colitis patient. A DNA fragment obtained from DNA of rectal mucosal tissue or large intestine mucosal tissue collected from to obtain methylation information, calculate the average methylation rate of each of the specific DMRs based on the methylation information, and calculate the average methylation rate of each of the specific DMRs and the predetermined average methylation rate of each of the specific DMRs. Based on the analysis results, support information for use in diagnosing the onset of colorectal cancer in the subject is generated, and the specific DMR is determined using the TNFSF4 shown in Table 1. An application comprising two or more DMRs selected from the group consisting of NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A and MDGA1.
次に、実施例等を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Next, the present invention will be explained in more detail by showing Examples, but the present invention is not limited thereto.
[参考例1]
(1)解析対象としたUC患者群
上記の多変量判別式及び閾値を定める際に解析対象としたUC患者142名(発癌UC患者39名及び非癌UC患者103名)に関する情報を表2に示す。なお、解析対象としたUC患者は、いずれもヒト潰瘍性大腸炎の罹患から経過した年数が10年以上の患者とした。
[Reference example 1]
(1) UC patients targeted for analysis Information regarding the 142 UC patients (39 oncogenic UC patients and 103 non-cancerous UC patients) who were analyzed when determining the multivariate discriminant and threshold values described above is shown in Table 2. show. The UC patients targeted for analysis were all patients who had been suffering from human ulcerative colitis for 10 years or more.
(2)DNAのメチル化レベルの網羅的解析
(2-1)生体試料の採取及びDNA抽出
上記発癌UC患者及び非癌UC患者の直腸粘膜組織を経肛門的に採取し、-80℃に凍結してサンプルとした。サンプルの一部を切り出し、QIAmp DNA FFPE tissue kit(Qiagen社製)を使用してDNAを抽出した。
(2) Comprehensive analysis of DNA methylation level (2-1) Collection of biological samples and DNA extraction The rectal mucosal tissues of the above cancerous UC patients and non-cancerous UC patients were collected transanally and frozen at -80°C. and used as a sample. A portion of the sample was cut out, and DNA was extracted using QIAmp DNA FFPE tissue kit (manufactured by Qiagen).
(2-2)DNAサンプルの品質評価
得られたDNAの濃度は次のようにして求めた。すなわち、Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit(Life Technologies社製)を用いて各サンプルの蛍光強度を測定し、キット付属のλ-DNAの検量線を用いて濃度を算出した。
次に、各サンプルをTE(pH8.0)にて1ng/μLに希釈し、Illumina FFPE QC Kit(Illumina社製)及びFast SYBR Green Master Mix(Life Technologies社製)を用いてリアルタイムPCRを行い、Ct値を求めた。サンプルとポジティブコントロールとのCt値の差(以下、ΔCt値)をサンプルごとに算出し、品質を評価した。ΔCt値が5未満のサンプルは品質良好と判断し、以降のステップに進めた。
(2-2) Quality evaluation of DNA sample The concentration of the obtained DNA was determined as follows. That is, the fluorescence intensity of each sample was measured using Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit (manufactured by Life Technologies), and the concentration was calculated using the λ-DNA calibration curve provided with the kit.
Next, each sample was diluted to 1 ng/μL with TE (pH 8.0), and real-time PCR was performed using Illumina FFPE QC Kit (manufactured by Illumina) and Fast SYBR Green Master Mix (manufactured by Life Technologies). The Ct value was determined. The difference in Ct value between the sample and the positive control (hereinafter referred to as ΔCt value) was calculated for each sample to evaluate the quality. Samples with a ΔCt value of less than 5 were judged to be of good quality and proceeded to the subsequent steps.
(2-3)バイサルファイト処理
EZ DNA Methylation Kit(ZYMO RESEARCH社製)を使用して、DNAサンプルに対してバイサルファイト処理を実施した。
(2-3) Bisulfite treatment
Bisulfite treatment was performed on the DNA sample using EZ DNA Methylation Kit (manufactured by ZYMO RESEARCH).
(2-4)分解DNAの修復及び全ゲノム増幅
バイサルファイト処理後のDNAに対して、Infinium HD FFPE Restore Kit(Illumina社製)を使用し、分解DNAを修復した。修復されたDNAをアルカリ変性した後、中和させ、HumanMethylation EPIC DNA Analysis Kit(Illumina社製)の全ゲノム増幅用の酵素とプライマーを添加し、37℃のIncubation Oven(Illumina社製)で20時間以上、等温で反応させることによって、全ゲノムを増幅させた。
(2-4) Repair of degraded DNA and whole genome amplification The degraded DNA was repaired using the Infinium HD FFPE Restore Kit (manufactured by Illumina) on the DNA after bisulfite treatment. After the repaired DNA was denatured with alkaline, it was neutralized, and enzymes and primers for whole genome amplification of the HumanMethylation EPIC DNA Analysis Kit (manufactured by Illumina) were added, and the mixture was incubated in an Incubation Oven (manufactured by Illumina) at 37°C for 20 hours. As described above, the entire genome was amplified by isothermal reaction.
(2-5)全ゲノム増幅したDNAの断片化と精製
全ゲノム増幅したDNAに、HumanMethylation EPIC DNA Analysis Kit(Illumina社製)の断片化用の酵素を添加し、Microsample Incubator(SciGene)で37℃、1時間反応させた。断片化したDNAに、共沈剤と2-プロパノールを加えて遠心分離処理し、DNAを沈澱させた。
(2-5) Fragmentation and purification of whole genome amplified DNA Add the fragmentation enzyme of the HumanMethylation EPIC DNA Analysis Kit (manufactured by Illumina) to the whole genome amplified DNA, and use a Microsample Incubator (SciGene) at 37°C. , and reacted for 1 hour. A coprecipitant and 2-propanol were added to the fragmented DNA and centrifuged to precipitate the DNA.
(2-6)ハイブリダイゼーション
沈澱させたDNAに、Hybridization bufferを加え、48℃のHybridization Oven(Illumina社製)で1時間反応させ、DNAを溶解させた。溶解させたDNAを95℃のMicrosample Incubator(SciGene社製)で20分間インキュベートして1本鎖に変性させた後、HumanMethylation EPIC DNA Analysis Kit(Illumina社製)のBeadChip上に分注した。48℃のHybridization Ovenで16時間以上反応させ、BeadChip上のプローブと1本鎖DNAをハイブリダイズした。
(2-6) Hybridization Hybridization buffer was added to the precipitated DNA and reacted for 1 hour in a Hybridization Oven (manufactured by Illumina) at 48°C to dissolve the DNA. The dissolved DNA was incubated for 20 minutes in a Microsample Incubator (manufactured by SciGene) at 95°C to denature it into a single strand, and then dispensed onto the BeadChip of HumanMethylation EPIC DNA Analysis Kit (manufactured by Illumina). The probe on the BeadChip and the single-stranded DNA were hybridized by reacting in a Hybridization Oven at 48°C for 16 hours or more.
(2-7)標識反応及びスキャニング
ハイブリダイゼーション後のBeadChip上のプローブを伸長反応させ、蛍光色素を結合させた。次いで、当該BeadChipをiSCANシステム(Illumina社製)でスキャンし、メチル化蛍光強度及び非メチル化蛍光強度を測定した。実験終了時に、スキャンデータが全て揃っていること、及びスキャンが正常に行われたことを確認し、全スキャンデータを格納したデータベースを作成した。
(2-7) Labeling Reaction and Scanning After hybridization, the probe on the BeadChip was subjected to an elongation reaction to bind a fluorescent dye. Next, the BeadChip was scanned using an iSCAN system (manufactured by Illumina), and the methylated fluorescence intensity and unmethylated fluorescence intensity were measured. At the end of the experiment, it was confirmed that all the scan data was available and that the scan was performed normally, and a database was created that stored all the scan data.
[実施例1]
(1)DNAメチル化レベルの定量及び比較解析
参考例1で用いた解析対象集団のDNAメチル化情報のスキャンデータを用いて定量統計解析ソフトウェアR(Version: 3.6.3、64bit、Windows(登録商標))のChAMPパッケージ(Version:2.18.3)を用いてスキャンデータを解析した。
[Example 1]
(1) Quantitative and comparative analysis of DNA methylation level Using scan data of DNA methylation information of the analysis target population used in Reference Example 1, quantitative statistical analysis software R (Version: 3.6.3, 64bit, Windows (registered trademark) The scan data were analyzed using the ChAMP package (Version: 2.18.3) of )).
スキャンデータであるIDATファイルから強度データを読み込み、デフォルト設定であるBIMQ法(β混合分位正規化)を使用して正規化し、発癌UC患者及び非癌UC患者の条件間でDNAメチル化レベルが異なるDNAメチル化可変領域プローブ(DMP)の検出を行った。BH法により補正p値<0.05のプローブをDMPとして検出した。 Intensity data was loaded from the scan data IDAT file, normalized using the default setting BIMQ method (β mixed quantile normalization), and DNA methylation levels were determined between the conditions of cancer UC patients and non-cancer UC patients. Detection of differential DNA methylation variable region probes (DMPs) was performed. Probes with a corrected p value <0.05 were detected as DMP by the BH method.
次に、ProbeLASSO法を用いて、DMPより補正p値<0.05の条件下で、DNAメチル化可変領域(DMR)の検出を行った。 Next, DNA methylation variable region (DMR) was detected using the ProbeLASSO method under the condition that the p value corrected from DMP was <0.05.
DMRの条件は、ProbeLASSO領域内に3個以上の隣接プローブが存在し、かつProbeLASSO領域は2kbに設定した。メチル化レベルが高い場合、β値は1に近づき、メチル化レベルが低い場合、β値は0に近づく。非癌UC患者直腸サンプル群(n=103)に対する発癌UC患者直腸サンプル群(n=39)のDNAメチル化レベルの比較解析には、ChAMPにより算出される発癌UC患者直腸サンプル群(n=39)の平均β値から非癌UC患者直腸サンプル群(n=103)の平均β値を差し引いた値(Δβ値)を用いた。 The conditions for DMR were that three or more adjacent probes existed in the ProbeLASSO region, and the ProbeLASSO region was set to 2 kb. If the methylation level is high, the β value approaches 1, and if the methylation level is low, the β value approaches 0. For the comparative analysis of the DNA methylation level of the rectal sample group of oncogenic UC patients (n = 39) to the rectal sample group of non-cancer UC patients (n = 103), the rectal sample group of oncogenic UC patients (n = 39) calculated by ChAMP was used. The value (Δβ value) obtained by subtracting the average β value of the non-cancer UC patient rectal sample group (n=103) from the average β value of ) was used.
(2)多変量解析によるDMRの選択
DNAメチル化レベルの定量及び比較解析の結果を用いて、統計解析ソフトウェアR(Version: 3.6.3、64bit、Windows(登録商標))を用いて、ElasticNet正則化及びロジスティック回帰分析を実施した。また、網羅的DNAメチル化解析データからCpGバイオマーカー候補を選定する手段として、Δβの絶対値に基づいた絞り込みが報告されている(BMC Med genomics vol.4, p.50, 2011; Sex Dev vol.5, p.70, 2011)。これらの方法に準じて、BeadChipに搭載されている719,407個のCpGサイトからバイオマーカー候補を抽出した。
(2) Selection of DMR by multivariate analysis Using the results of quantitative and comparative analysis of DNA methylation levels, we used the statistical analysis software R (Version: 3.6.3, 64bit, Windows (registered trademark)) to and logistic regression analysis were performed. In addition, narrowing down based on the absolute value of Δβ has been reported as a means of selecting CpG biomarker candidates from comprehensive DNA methylation analysis data (BMC Med genomics vol.4, p.50, 2011; Sex Dev vol. .5, p.70, 2011). According to these methods, biomarker candidates were extracted from 719,407 CpG sites mounted on the BeadChip.
具体的には、まず、719,407個のCpGサイトから、ProbeLASSOアルゴリズムにより、DNAメチル化可変領域として2,998個のDMRを抽出し、さらに、その中からΔβ値の絶対値が0.05超である854個のDMRを抽出した。次に、発癌UC患者と非癌UC患者を区別する重要なバイオマーカー候補を選択することを目的に、ElasticNet正則化を実施した。 Specifically, first, 2,998 DMRs were extracted as DNA methylation variable regions from 719,407 CpG sites using the ProbeLASSO algorithm, and among them, the absolute value of Δβ value was 0.05. More than 854 DMRs were extracted. Next, ElasticNet regularization was performed with the aim of selecting important biomarker candidates that distinguish between cancerous UC patients and non-cancer UC patients.
854個のDMRのうちElasticNet正則化により、上位に位置付けられた5CpGサイトを領域中に含むDMRの結果を表3に示す。 Table 3 shows the results of the DMRs containing 5 CpG sites ranked at the top by ElasticNet regularization among the 854 DMRs.
[実施例2~4:臨床サンプルの多変量解析]
表2に示したUC患者群のデータから算出された特定のDMRにおける平均メチル化率に基づき、全142サンプルのロジスティック回帰を行った。具体的には、39名の発癌UC患者及び103名の非癌UC患者の直腸粘膜組織から採取された検体のDMRメチル化レベルの数値(β値)を用いてロジスティック回帰モデルに基づく多変量判別式を作成して大腸癌患者と非癌患者の判別を行った。
また、当該多変量判別式に対して39名の発癌UC患者のメチル化率を代入して得られる応答変数及び外れ値1名を除外した38名の発癌UC患者のメチル化率を代入して得られる応答変数のそれぞれに基づいて、本発明の実施に用いる閾値を定めた。なお、閾値を定めるにあたり感度については100%で固定した。大腸癌発症の診断を支援するという本発明の目的に照らせば、偽陽性は内視鏡等の精密検査で確定できるので許容できるが、偽陰性は避けたいからである。
上記の多変量解析の結果を、表4に示す。
[Examples 2 to 4: Multivariate analysis of clinical samples]
Logistic regression was performed on all 142 samples based on the average methylation rate in a specific DMR calculated from the data of the UC patient group shown in Table 2. Specifically, multivariate discrimination based on a logistic regression model was performed using numerical values (β values) of DMR methylation levels of samples collected from rectal mucosal tissues of 39 cancerous UC patients and 103 non-cancer UC patients. A formula was created to distinguish between colorectal cancer patients and non-cancer patients.
In addition, the response variable obtained by substituting the methylation rate of 39 oncogenic UC patients into the multivariate discriminant and the methylation rate of 38 oncogenic UC patients excluding one outlier were substituted. Based on each of the resulting response variables, thresholds were determined for use in implementing the present invention. In addition, when determining the threshold value, the sensitivity was fixed at 100%. In light of the purpose of the present invention, which is to support the diagnosis of the onset of colorectal cancer, false positives are acceptable because they can be determined through detailed examinations such as endoscopy, but false negatives are to be avoided.
The results of the above multivariate analysis are shown in Table 4.
DMRバイオマーカーとしてTNFS4及びNFATC1を選択したロジスティック回帰では、ROC-AUCが0.849となった(実施例2;図6)。また、DMRバイオマーカーとしてTNFS4及びNFATC1に加え、更にCACNA1Eを選択したロジスティック回帰では、ROC-AUCが0.886となった(実施例3;図7)。さらに、DMRバイオマーカーとしてTNFS4、NFATC1及びCACNA1Eに加え、更にMDGA1を選択したロジスティック回帰では、ROC-AUCが0.903となった(実施例4;図8)。実施例2-4のいずれにおいても0.8以上と高かった。これらの結果から、選択された複数箇所のDMRの平均メチル化率に基づいて、高感度かつ高特異度で、大腸癌発症の可能性を評価できることが確認された。 Logistic regression in which TNFS4 and NFATC1 were selected as DMR biomarkers resulted in an ROC-AUC of 0.849 (Example 2; FIG. 6). Furthermore, in logistic regression in which CACNA1E was selected in addition to TNFS4 and NFATC1 as DMR biomarkers, ROC-AUC was 0.886 (Example 3; FIG. 7). Furthermore, in logistic regression in which MDGA1 was selected in addition to TNFS4, NFATC1, and CACNA1E as DMR biomarkers, ROC-AUC was 0.903 (Example 4; FIG. 8). In all of Examples 2-4, it was high at 0.8 or more. These results confirmed that the possibility of developing colorectal cancer can be evaluated with high sensitivity and high specificity based on the average methylation rate of DMRs at multiple selected locations.
上記の実施例2-4のいずれにおいても、DMRバイオマーカーとして用いられるDMRには、少なくともTNFS4及びNFATC1が含まれる。
実施例3では、TNFS4及びNFATC1に加え、更にCACNA1EをDMRバイオマーカーとして選択した。なお、実施例の記載は省略するが、CACNA1Eに代えて又は更に追加して、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、及びRYR1からなる群から選択される一箇所以上のDMRをDMRバイオマーカーとして選択しても、実施例3と同程度の結果になることがわかっている。
実施例4では、TNFS4、NFATC1及びCACNA1Eに加え、更にMDGA1をDMRバイオマーカーとして選択した。なお、実施例の記載は省略するが、MDGA1に代えて又は更に追加して、FAM222AをDMRバイオマーカーとして選択しても、実施例4と同程度の結果になることがわかっている。
In any of Examples 2-4 above, the DMRs used as DMR biomarkers include at least TNFS4 and NFATC1.
In Example 3, in addition to TNFS4 and NFATC1, CACNA1E was selected as a DMR biomarker. Although the description of Examples is omitted, instead of or in addition to CACNA1E, one or more DMRs selected from the group consisting of CACNA1A, CACNA1C, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, and RYR1 can be used as a DMR biomarker. It has been found that even if this selection is made, the results are comparable to those of Example 3.
In Example 4, MDGA1 was selected as a DMR biomarker in addition to TNFS4, NFATC1, and CACNA1E. Although the description of the example is omitted, it is known that even if FAM222A is selected as a DMR biomarker instead of or in addition to MDGA1, the results are comparable to those of Example 4.
また、上記の実施例2-4において、39名の発癌UC患者のメチル化率に基づいて定められる閾値は、7%を超え10%を下回る範囲に収まる値であった。一方、外れ値1名を除外した38名の発癌UC患者のメチル化率に基づいて定められる閾値は、実施例3で10%程度、実施例4で約20%に上昇した。 Further, in the above Example 2-4, the threshold value determined based on the methylation rate of 39 cancerous UC patients was a value falling within a range of more than 7% and less than 10%. On the other hand, the threshold value determined based on the methylation rate of 38 carcinogenic UC patients, excluding one outlier, rose to about 10% in Example 3 and about 20% in Example 4.
10 コンピュータ
20 データベース
10
Claims (14)
被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAにおける、複数の特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報を取得し、前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出する第一工程と、
前記被験者について算出した前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、予め定められた多変量判別式と、を用いて解析する第二工程と、
を有し、
前記第二工程における解析結果は、前記被験者に関する大腸癌発症の診断の支援情報として用いられ、
前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、
ことを特徴とする診断支援方法。
Obtain methylation information of all CpG sites present in multiple specific methylation variable regions (DMRs) in DNA of rectal mucosal tissue or colon mucosal tissue collected from human ulcerative colitis patients as test subjects. , a first step of calculating the average methylation rate of each of the specific DMRs;
a second step of analyzing using the average methylation rate of each of the specific DMRs calculated for the subject and a predetermined multivariate discriminant;
has
The analysis results in the second step are used as support information for diagnosing the onset of colorectal cancer regarding the subject,
The specific DMR includes two or more DMRs selected from the group consisting of TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A, and MDGA1 shown in Table 1.
A diagnostic support method characterized by:
請求項1に記載の診断支援方法。 The specific DMR includes at least TNFSF4 and NFATC1 shown in Table 1.
The diagnostic support method according to claim 1.
請求項2に記載の診断支援方法。 The specific DMR further includes one or more DMRs selected from the group consisting of CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, and RYR1 shown in Table 1.
The diagnostic support method according to claim 2.
請求項2又は3に記載の診断支援方法。 The specific DMR further includes one or more DMRs selected from the group consisting of FAM222A and MDGA1 shown in Table 1.
The diagnostic support method according to claim 2 or 3.
請求項1に記載の診断支援方法。 In the second step, in addition to the average methylation rate of the specific DMR and the multivariate discriminant, further analysis is performed using a predetermined threshold value.
The diagnostic support method according to claim 1.
前記閾値は、前記第二工程が行われる事前に前記多変量判別式に基づいて予め定められた値である、
請求項5に記載の診断支援方法。 The multivariate discriminant is based on the average methylation rate of the specific DMR obtained from a first population consisting of patients who were diagnosed with colon cancer after suffering from human ulcerative colitis, and The mean methylation rate of the specific DMR obtained from a second population of patients who have not yet been diagnosed with colon cancer after suffering from inflammation was determined by multivariate analysis using as an explanatory variable. It is a functional expression,
The threshold value is a value predetermined based on the multivariate discriminant before the second step is performed.
The diagnostic support method according to claim 5.
前記第二工程における解析は、前記被験者について算出された前記特定のDMRの平均メチル化率が前記閾値を上回る場合、前記被験者の大腸癌発症について陽性と判定する、
請求項6に記載の診断支援方法。 The threshold value is a value exceeding 5% and below 25%,
In the analysis in the second step, if the average methylation rate of the specific DMR calculated for the subject exceeds the threshold, the subject is determined to be positive for developing colorectal cancer.
The diagnostic support method according to claim 6.
請求項6又は7に記載の診断支援方法。 The patients constituting the first population and the second population are patients who have been suffering from human ulcerative colitis for 10 years or more.
The diagnostic support method according to claim 6 or 7.
請求項1に記載の診断支援方法。 The multivariate discriminant is a logistic regression equation, a linear discriminant, an equation created with a naive Bayes classifier, or an equation created with a support vector machine.
The diagnostic support method according to claim 1.
請求項1に記載の診断支援方法。 The DNA collected from the human ulcerative colitis patient who is the subject is rectal mucosal tissue.
The diagnostic support method according to claim 1.
前記情報処理装置は、前記第二工程における解析の結果に基づいて、前記被験者について大腸癌発症の診断を確定するための検査を推奨するか否かを示す情報を、前記支援情報として生成する第三工程を、更に有する、
請求項1に記載の診断支援方法。 The calculation in the first step and the analysis in the second step are processes realized by an information processing device,
The information processing device generates, as the support information, information indicating whether or not to recommend a test for determining the diagnosis of colorectal cancer onset for the subject based on the result of the analysis in the second step. further comprising three steps,
The diagnostic support method according to claim 1.
被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAにおける、複数の特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報を取得し、前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出するメチル化率算出手段と、
前記被験者について算出された前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、予め定められた多変量判別式と、を用いて解析する解析手段と、
前記解析手段による解析結果に基づいて、前記被験者の大腸癌発症の診断に用いる支援情報を生成する診断支援手段と、
を備え、
前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、
ことを特徴とする診断支援装置。 A diagnostic support device for supporting diagnosis regarding the development of colorectal cancer in human ulcerative colitis patients, the device comprising:
Obtain methylation information of all CpG sites present in multiple specific methylation variable regions (DMRs) in DNA of rectal mucosal tissue or colon mucosal tissue collected from human ulcerative colitis patients as test subjects. , methylation rate calculation means for calculating the average methylation rate of each of the specific DMRs;
an analysis means that performs analysis using the average methylation rate of each of the specific DMRs calculated for the subject and a predetermined multivariate discriminant;
Diagnosis support means for generating support information for use in diagnosing the onset of colorectal cancer in the subject based on the analysis result by the analysis means;
Equipped with
The specific DMR includes two or more DMRs selected from the group consisting of TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A, and MDGA1 shown in Table 1.
A diagnostic support device characterized by:
前記診断支援装置は、
被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAにおける、複数の特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報を取得し、前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出するメチル化率算出手段と、
前記被験者について算出された前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、前記データベースに予め記憶されている多変量判別式と、を用いて解析する解析手段と、
前記解析手段による解析結果に基づいて、前記被験者の大腸癌発症の診断に用いる支援情報を生成する診断支援手段と、
を備え、
前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、ことを特徴とする診断支援システム。 A diagnostic support system comprising a diagnostic support device and a database for supporting diagnosis regarding the development of colorectal cancer in human ulcerative colitis patients, the system comprising:
The diagnosis support device includes:
Obtain methylation information of all CpG sites present in multiple specific methylation variable regions (DMRs) in DNA of rectal mucosal tissue or colon mucosal tissue collected from human ulcerative colitis patients as test subjects. , methylation rate calculation means for calculating the average methylation rate of each of the specific DMRs;
an analysis means that performs analysis using the average methylation rate of each of the specific DMRs calculated for the subject and a multivariate discriminant stored in advance in the database;
Diagnosis support means for generating support information for use in diagnosing the onset of colorectal cancer in the subject based on the analysis result by the analysis means;
Equipped with
The specific DMR is characterized in that it includes two or more DMRs selected from the group consisting of TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A, and MDGA1 shown in Table 1. Diagnostic support system.
被験者であるヒト潰瘍性大腸炎患者から採取した直腸粘膜組織又は大腸粘膜組織のDNAにおける、複数の特定のメチル化可変領域(DMR)の中に存在する全てのCpGサイトのメチル化情報を取得し、前記特定のDMRの各々の平均メチル化率を算出する第一工程と、
前記被験者について算出された前記特定のDMRの各々の平均メチル化率と、予め定められた多変量判別式と、を用いて解析する第二工程と、
を有し、
前記第二工程における解析結果は、前記被験者に関する大腸癌発症の診断の支援情報として用いられ、
前記特定のDMRは、表1に示されるTNFSF4、NFATC1、CACNA1A、CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNG3、CACNG8、RYR1、FAM222A及びMDGA1からなる群から選択される二箇所以上のDMRを含む、ことを特徴とする診断評価方法。 A diagnostic evaluation method for supporting diagnosis regarding the development of colorectal cancer in human ulcerative colitis patients, the method comprising:
Obtain methylation information of all CpG sites present in multiple specific methylation variable regions (DMRs) in DNA of rectal mucosal tissue or colon mucosal tissue collected from human ulcerative colitis patients as test subjects. , a first step of calculating the average methylation rate of each of the specific DMRs;
a second step of analyzing using the average methylation rate of each of the specific DMRs calculated for the subject and a predetermined multivariate discriminant;
has
The analysis results in the second step are used as support information for diagnosing the onset of colorectal cancer regarding the subject,
The specific DMR is characterized in that it includes two or more DMRs selected from the group consisting of TNFSF4, NFATC1, CACNA1A, CACNA1C, CACNA1E, CACNA1G, CACNG3, CACNG8, RYR1, FAM222A, and MDGA1 shown in Table 1. diagnostic evaluation method.
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