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JP2014532394A - 尿の分析により腎臓マーカーを定量する方法 - Google Patents

尿の分析により腎臓マーカーを定量する方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、患者の疾病のインビトロ診断方法に関する。本発明によると、前記方法は、a)前記患者から尿サンプルを得るステップと、b)前記サンプル中の、前記疾病の少なくとも1つのマーカー、並びに尿路上皮性の細胞及び/又は尿路上皮性の微粒子の少なくとも1つの特異的なマーカーを検出するステップと、c)前記疾病の前記少なくとも1つのマーカーの発現の閾値を、尿路上皮性の細胞及び/又は尿路上皮性の微粒子の前記少なくとも1つの特異的なマーカーによる前記疾病の前記マーカーの標準化により決定するステップとを含む。

Description

本発明の分野は、腎泌尿器外科の分野である。より具体的には、本発明は、泌尿器系の疾病をインビトロ診断する方法に関する。
腎臓疾患は、腎臓の異なる構造上の区画である、脈管、糸球体、細管、又は間質に影響する可能性がある。これらの障害は急性及び/又は慢性の腎不全を誘発し、それらが最終的に進展すると、腎臓の機能的な単位が全体的に破壊され、細胞外マトリックスの拡張に置き換わる。即ち、腎臓の線維症を生じる。これらの腎臓疾患には、排泄管の閉塞、炎症、自己免疫、アレルギー、沈着症、高血圧症、糖尿病、血管症、虚血、毒性などの種々の対応する病因が含まれる。腎臓疾患は、本来の腎臓又は腎臓移植後の同種移植物に影響する可能性がある。フランスでは、毎年新たに3,000ケースの移植(腎臓、心臓、肝臓、骨髄、肺など)が存在すると見積もられている。移植を受けた患者の計画的な追跡によって、線維症へと進展する腎疾患を早期段階で研究することが可能となった。上皮間充織移行(EMT)マーカーの腎臓組織における発現によって、虚血や、免疫抑制剤、特にシクロスポリンA(CsA)の拒絶又は毒性により生じる可能性がある腎臓組織における線維症の早期検出が可能となる(Slattery他、Am J Pathol.2005年8月;167(2):395〜407;Hertig他、American Journal of Transplantation 2006年、Galichon他、Fibrogenesis Tissue Repair 2011年;Galichon他、Transplantation、2011年)。
EMTは動的なプロセスであり、EMTの間に細胞は上皮の特徴を失い、そして間充織の特徴を獲得する。これらの変更は、細胞の形態と同様に、その働きにも影響する。EMTが腎尿細管細胞に達すると、EMTは線維症及び慢性腎不全へと進行する(Hertig他、J Am Soc Nephrol 2008年)。従って、免疫抑制剤処置に順応するために、又は免疫抑制剤処置を変更するために移植を経験した患者の間で、この現象の出現をモニターする必要がある。
現在、何らかの腎臓の疾病の検出及びモニタリングのために実施される参照方法は、バイオプシーである。バイオプシーは、組織のコアを経皮的、経静脈的、又は外科的な手段により腎臓から取り出すことからなる。このサンプルは、次いで組織学的な検査に供されて、見込まれる疾病の徴候(糸球体性、管性、脈管性又は間質性の区画の、破壊、細胞浸潤又は肥大)が検出される。
しかしながら、この方法には多くの欠点がある。サンプルをとることに、患者のリスクがないわけではない。多くの合併症が観察されており、それは例えば、血尿、閉塞性の腎不全、さらには無尿、腎周囲領域における血腫、動脈性及び静脈性の瘻孔の出現、稀に出血、移植物の喪失、並びに死である。任意の侵襲性の措置に関連するリスクとは別に、バイオプシーが、腎臓の全体のコンディションを表していない領域において行われ、その結果、この標本抽出の措置が理由で、患者の真の状況が過小評価又は過大評価されることが起こりえる。
加えて、バイオプシーは規則正しく短いインターバルで行うことができないので、この方法では疾病の出現を早期に検出することもまた可能ではない。また他に、腎バイオプシーを行うことは、コスト高であり、複雑であり、侵襲性であり、また患者に痛みがある。
従って、早期の検出を可能とし、患者への見込まれるリスクができるだけ少ない、非侵襲性であり、単純であり、経済的で信頼のおける診断方法を見つける必要がある。
本発明は、これらの先行技術の欠点を克服することを目的とする。
より具体的には、少なくとも1つの実施形態において、腎臓の疾病の早期診断方法又は腎臓の影響を有する疾病の早期診断方法を提供することが本発明の課題である。
少なくとも1つの実施形態において、非侵襲性の診断方法を実施することが本発明の別の課題である。
少なくとも1つの実施形態において、信頼のおける正確な診断方法を実施することが本発明のさらに別の課題である。
本発明の少なくとも1つの実施形態において、単純に行われる診断方法を実施することが本発明の別の課題である。
少なくとも1つの実施形態において、より経済的な診断方法を実施することが本発明の別の課題である。
少なくとも1つの実施形態において、処置の有効性及び許容性を追跡する方法を実施することが本発明の別の課題である。
最後に、少なくとも1つの実施形態において、患者にとってコストが低い診断方法を実施することが本発明の別の課題である。
これらの課題及び本明細書の以下の記載で明示される他の課題は、全体的に又は少なくとも部分的に、患者の疾病のインビトロ診断方法により達成される。
本発明によると、係る方法は、
a)前記患者から尿サンプルを得るステップと、
b)前記サンプル中の、前記疾病の少なくとも1つのマーカー、並びに尿路上皮性の細胞及び/又は尿路上皮性の微粒子の少なくとも1つの特異的なマーカーを検出するステップと、
c)前記疾病の前記少なくとも1つのマーカーの発現の閾値を、尿路上皮性の細胞及び/又は尿路上皮性の微粒子の前記少なくとも1つの特異的なマーカーによる前記疾病の前記マーカーの標準化により決定するステップと
を含む。
従って、本発明は、尿に含有される細胞及び微粒子から遺伝物質を抽出して、疾病と関連した目的の遺伝子の発現を、疾病に影響されない尿細胞に特異的な遺伝子の発現と比較するために、尿に含有される細胞及び微粒子を使用することに依拠する。
実際、尿には、尿の排泄管の上皮の正常な更新から生じる、少量の尿路上皮性の細胞が含有される。また、尿には、特に腎臓の疾病の存在に応じて可変性であるものの、多くの白血球、腎尿細管の細胞又は糸球体の細胞、血液及び微粒子も含有される可能性がある。
用語「微粒子」は、活性化プロセス又はアポトーシスの間に大部分の細胞により放出される可能性がある複雑な小胞構造を意味すると理解される。それらは膜貫通タンパク質及び膜貫通レセプターを暴露するリン脂質の二重層膜により形成され、それらは母細胞に由来するサイトゾルの成分、例えば、酵素、転写因子、及びmRNAを含む。
用語「尿路上皮性の細胞」は、骨盤から尿道まで、ヒトの尿路上皮を形成する移行上皮細胞を意味すると理解される。これらの細胞は、円柱状、凧状、傘状、及びバルーン状の種々の形態を有する。
用語「尿路上皮性の細胞の特異的なマーカー」は、尿路上皮性の細胞又は尿路上皮性の微粒子により特異的に発現される遺伝子を意味し、細胞内であろうと又はその表面上であろうと、前記細胞によるこの遺伝子の合成のレベルが、腎細胞に影響する可能性がある疾病とは無関係であることを意味すると理解される。従って、この概念は、どのような細胞のタイプ、細胞の機能又は状態であろうと遍在性に発現されるハウスキーピング遺伝子の概念とは異なる。
分子生物学又は生化学の現行の方法を用いて患者の尿に含有される細胞及び微粒子から核酸及びタンパク質を抽出することは、稀ではあるが、可能である。サンプル中の細胞及び微粒子の量に関するバイアスを排除するために、GAPDH(グリセルアルデヒド3リン酸デヒドロゲナーゼ)遺伝子、18SリボソームRNA、サイクロフィリンA若しくはサイクロフィリンB、βカテニン、又は重ねてHPRT(ヒポキサンチン−グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ)などのハウスキーピング遺伝子の発現の関数として目的の遺伝子の発現を表すことは、一般的な慣行である(Absolute quantification of mRNA using real−time reverse transcription polymerase chain reaction、S.A. Bustin、Journal of Molecular Endocrinology、2000年、25、169〜193)。
しかしながら、この方法は、疾病の細胞特異性を考慮していない。そのため、厳格に細胞タイプに影響する疾病とリンクする遺伝子の発現の変更が、尿に存在する他の細胞タイプに由来するハウスキーピング遺伝子が強く発現されるとの事実によりマスクされ得る。
従って、本発明の寄与の1つは、影響を受けた細胞タイプとは無関係の遺伝子の発現により、目的の遺伝子の発現を標準化することである。この標準化のステップを使用して、腎臓起源の尿細胞の定量的及び定性的なバリエーションとは無関係の尿マーカーにより、疾病マーカーの発現の閾値が決定される。次に、このマーカーが、強く、又は反対に弱く発現するかどうかを知ることが可能である。この特徴によって、信頼のおける、正確で、厳格に患者の健康状態が反映された診断検査を得ることが可能となる。従って、本発明による方法を診断目的に使用して、疾病の進行をモニターすることができる。
加えて、尿サンプルで作業することには、多くの利点がある。
− サンプルは、アクセスが容易である。
− サンプルの収集は、非侵襲性及び無痛性である。
− サンプルの収集は、経済的である。
また、この方法の単純さは、一般に使用されるものの他に、特殊な技術資格又は設備を使用することなく、全てのタイプの実験室で、この方法を実施することを可能とすることができる。この方法を実施するために何らかの特定の投資がないことから、分析のコストが減少する。
最終的に、この標準化の方法を適用して、腎臓の又は非腎臓の異なる疾病に応用することができる。但し、これらの疾病は、尿に排出される及び存在する、尿路上皮性の細胞及び/又は微粒子の発現及び/又は量を変更するものである。
さらに本発明は、ステップb)が、尿路上皮性の細胞及び/又は尿路上皮性の微粒子の前記少なくとも1つの特異的なマーカーの転写産物の検出、並びに前記疾病の前記少なくとも1つのマーカーの転写産物の検出を含む、インビトロ診断方法に関する。
転写産物の研究は、細胞のゲノムにおける遺伝子の存在を研究することよりも信頼性がある。実際、細胞のゲノムにおける遺伝子の存在は、前記細胞における遺伝子の発現とは必ずしも関連付けできるとは限らないことが知られている。というのも、特定の遺伝子の発現の制御は、多数のパラメータに支配されるからである。従って、転写産物の検出によって、より正確で、より信頼のおける結果を得ることが可能である。
本発明の別の課題は、ステップb)が、RT−PCR、定量的PCR、最終点PCR、半定量的PCR又はそれらの組み合わせを含む群から選択される核酸の増幅技術により実施される方法である。
用語「PCR」(ポリメラーゼ連鎖反応)は、標的DNAの断片がインビトロで多数のコピーに複製される技術を意味すると理解される。用語「RT−PCR」(逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応法)は、抽出されたメッセンジャーRNAsに由来する相補DNAのインビトロ合成を意味すると理解される。用語「定量的PCR」は、リアルタイムPCRとしても知られており、標的DNAの断片のインビトロ複製の技術であって、付加的にこの標的断片の初期量の測定を可能とする技術を意味すると理解される。「半定量的PCR」は、幾つかのポイントでPCRが中断され、DNAの初期量の評価が可能となることにおいて定量的PCRと区別できる。DNA量が異常に低い場合に、このタイプのPCRは有用である。「最終点PCR」は、アガロースゲルにおけるバンドの比較によりDNAの初期量を評価するため、ノーザンブロット技術を古典的PCRと関連させる。
これらの方法は、僅かなコストで実施され、診断検査の要求に適合し、速く、信頼のおける結果が与えられるという利点を有する。
さらに本発明は、ステップb)が、インサイチューハイブリダイゼーション(ISH)、蛍光インサイチューハイブリダイゼーション(FISH)又は蛍光によりマークされるハイブリダイゼーション(FISH)、バイオチップハイブリダイゼーション、ノーザンブロット法又はサザンブロット法を含む群から選択される核酸ハイブリダイゼーション技術を用いて実施されるインビトロ診断方法に関する。
また、本発明は、ステップb)が、核酸のシークエンシング方法に基づいて実施されるインビトロ診断方法に関する。
本発明のさらに別の課題は、疾病が、腎臓の線維症、腎臓の上皮細胞の表現型の変化、移植拒絶、癌、糸球体の疾患(糖尿病、膜外糸球体腎炎、微少変化群、体節性及び局所性のヒアリノーシスなど)、管疾患(急性の管ネクローシス、上皮間充織移行マーカーの発現、萎縮症、細胞の拒絶、排泄管の閉塞など)、間質性疾患(炎症、線維症)及び脈管性腎臓疾患(動脈性高血圧症、血栓性の微小血管障害、体液性拒絶など)を含む群から選択される腎臓の疾病であるインビトロ診断方法である。
用語「上皮間充織移行」(EMT)は、通常は基底膜と相互作用し、極性をもつ上皮細胞が、遊走能力の増加、侵襲性の性質、アポトーシスへの抵抗性の増加及び細胞外マトリックス成分の大量増加を含む、間葉細胞の表現型を獲得することを可能にする多数の生化学的な形質転換を起こすことができる生物学的なプロセスを意味する(Kalluri R、Weinberg RA、「The basics of epithelial−to−mesenchymal transition」、J Clin Invest.119(2009年)1420〜1428)。上皮表現型の変化は、臨床の状況下で組織において研究することができる、EMTマーカー(例えば、管上皮におけるビメンチン及びβカテニン)である(Hertig A.他.n「Early epithelial phenotypic changes predict graft fibrosis」、J Am Soc Nephrol.19(2008年)1584〜1591)。
本発明の別の課題は、その方法の間に前記患者が臓器移植を受ける方法であって、前記腎臓の疾病が、腎臓移植における間質性の線維症、管性の萎縮症又は上皮間充織移行の存在である方法である。
このように、本発明による方法は、腎臓における炎症、又はEMT誘発性の上皮表現型の変化などの、腎臓の疾病の出現の効果的で早期の検出を可能とする。
本発明のさらに別の課題は、前記腎臓の疾病の少なくとも1つの特異的な遺伝マーカーが、ヒト遺伝子CD45(配列番号1)、CD68(配列番号2)、及びVIM(配列番号3)、並びにこれらのヒト遺伝子と少なくとも80%、好ましくは少なくとも85%、好ましくは少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、好ましくは少なくとも99%の配列相同性を有する遺伝子を含む群から選択されるインビトロ診断方法である。
ヒト遺伝子CD45を正確に表示すると、PTPRC(タンパク質チロシンホスファターゼレセプタータイプC)とも記号化される。以下の記載において、ヒト遺伝子CD45又はPTRPCは、CD45又はPTPRCの記号で等しく指定される。
驚くことに、これらの遺伝子の発現は、臨床的に安定な腎臓移植を経験した患者の尿でかなり増加するが、その移植物のバイオプシーは上皮表現型の変化の存在を示すことを発明者は発見した。この過剰発現を、腎臓の同種移植物のバイオプシーにおける、上皮間充織移行及び管性−間質性の疾患の間に生じる上皮表現型の変化の存在と関連付けすることができる。なお、これらのバイオプシーは、移植後3月の計画的なスクリーニングとの関連で行われる。本発明において理解されるとおり、疾病の特異的なマーカーである僅か1つの遺伝子の発現を探索することは可能である。しかしながら、診断を改善するために、異なる遺伝子の組み合わせを探索することが好ましく、その遺伝子が尿に発現することによって、特定の腎臓の疾病の存在が考慮される。例えば、我々は、ウロプラキンにより標準化される、CD45、又はPTPRC、及びCD68遺伝子の発現の研究を例証して、移植物における炎症細胞の存在を検出することができる。特定の腫瘍マーカーの発現を探索することも可能である。例証することができる例は、腎臓の癌のモニタリングとの関連において、明細胞癌のマーカー、ラセマーゼの探索、カベオリン−1(配列番号29)、ROR1(配列番号30)、CD10(配列番号31)、ケラチン7、ビメンチン(配列番号3)、TP53(配列番号26)である。
ヌクレオチド配列間の「相同的な配列」又は「配列相同性」は、NCBIサイト(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi?PROGRAM=blastn&BLAST_PROGRAMS=megaBlast&PAGE_TYPE=BlastSearch&SHOW_DEFAULTS=on&LINK_LOC=blasthome)において利用可能なアルゴリズムblastnを用いて、ソフトウェアBLAST(Basic Local Alignment Search Tool)を用いてヌクレオチド配列のリニアコンパリソンにより決定される。
この分析に選択されるパラメータは、以下のものである。
− データベース:ヒトゲノムのプラス転写物(ヒト G+T)、
− 環境配列のモデル又はサンプルの除外なし、
− プログラムの最適化:blastn(幾分か類似する配列)、
− 短いクエリー=インプット配列に対して自動的に調整されるパラメータ、
− 期待閾値=10、
− ワードサイズ=11、
− クエリー範囲における最大マッチ=0。
スコアリングパラメータに関して、これらのパラメータは初期設定(マッチ/ミスマッチスコア=2〜3、ギャップコスト=エグズィステンス:5、エクステンション:2)に固定される。最終的に、如何なるフィルターも適用されない。
別の有利な実施形態によると、前記疾病は、尿に排出される細胞及び/又は微粒子の量を変更する疾病である。
好ましくは、尿に排出される細胞及び/又は微粒子の量を変更する前記疾病は、糸球体の疾患、例えば、体節性及び局所性のヒアリノーシス、管疾患、例えば、急性の管ネクローシス、上皮表現型の変化、細胞拒絶、及び間質性の疾患、例えば、急性の移植拒絶、シェーグレン症候群及びサルコイドーシスを含む群から選択される。
このように、疾病が遺伝子発現のプロフィール及び/又は尿に排出される細胞の量を変更する場合に、本発明による方法は、患者の尿サンプルの収集に基づいて、非腎臓疾患の進展の信頼のおけるスピーディーで非侵襲性の検出を可能とする。
管ネクローシスは、腎尿細管上皮壁が大幅に剥離することにより尿の管細胞の数が増加する形態をとる。体節性又は局所性のヒアリノーシスでは、尿に多量の有足細胞を伴う。白血球数の増加は、移植の急性拒絶の徴候である。
尿路上皮性の細胞の前記少なくとも1つの特異的なマーカーは、ヒト遺伝子ウロプラキン1A(配列番号4)、ウロプラキン1B(配列番号5)、ウロプラキン2(配列番号6)、ウロプラキン3A(配列番号7)、ウロプラキン3B(配列番号8)、ウロプラキン3BL(配列番号9)、Bcas1(配列番号10)、CEP152(配列番号11)、CRABP2(配列番号12)、DNASE1(配列番号13)、KRT20(配列番号14)、PLEKHF1(配列番号15)、PLEKHG4B(配列番号16)、RCN1(配列番号17)、SEMA5B(配列番号18)、SULT2A1(配列番号19)、TFF1(配列番号20)、VILL(配列番号21)、ZNF720(配列番号22)、及びこれらの遺伝子と少なくとも80%、好ましくは少なくとも85%、好ましくは少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、好ましくは少なくとも99%の配列相同性を有する遺伝子を含む群から有利に選択される。
尿に存在する細胞の間で、尿路上皮性の細胞のみが、これらの遺伝子を発現する。これらの遺伝子は、腎臓の疾病とは無関係に、尿路上皮性の細胞及び/又は微粒子により特異的に常に発現される。これらの遺伝子は、生物体の各細胞の核に含有される遺伝物質に天然で存在する。しかしながら、それらの遺伝子は、生物体の全ての細胞で同じ様式では発現されない。換言すれば、全ての遺伝子が、ヒトの体を形成する全ての細胞で、DNAからmRNAに転写され、そして次に、mRNAからタンパク質へと翻訳されるとは限らない。しかしながら、これらの遺伝子が、尿に含有される細胞及び微粒子の間で、尿路上皮性の細胞により特異的に発現されること、及びそのような様式で常に発現されることを本発明者等は発見した。従って、本発明者等は、特異的に腎細胞に影響する疾病又はそれらの遺伝子の尿中の量を変更する疾病とリンクした、標準化遺伝子の選択の参照を制定する。本発明者等は、上述の遺伝子が他の細胞タイプにおいて実際には検出可能であることが強調されることを望む。これは、例えば、トータルDNA中のある遺伝子の存在に関する単純な探索に基づく場合であり、ある細胞タイプにより発現される複数の遺伝子中のある遺伝子の存在に関する場合ではない。これらの遺伝子は、他のタイプの細胞によっても発現される可能性がある。しかしながら、本発明における発明者等の興味は、患者の尿サンプル中に見つけることができる全ての細胞タイプの間で、尿路上皮性の細胞のみが、疾病のコンディションとは独立して、これらの遺伝子を発現するとの事実に関する。結果的に、本発明において理解されるとおり、尿路上皮性の細胞又は尿路上皮性の微粒子の特異的なマーカーの概念は、ハウスキーピング遺伝子の概念と区別されるべきである。実際、ハウスキーピング遺伝子は、それらの細胞タイプ及びそれらの機能が何であれ、全ての細胞で発現される遺伝子である。これに対して、用語「尿路上皮性の細胞の特異的なマーカー」は、尿サンプル中に見つけることができる全ての細胞の間で、尿路上皮性の細胞によってのみ発現される遺伝子に対応する。
また、これらの遺伝子は、ハウスキーピング遺伝子(18S RNA、GAPDHなど)による本方法の標準化と関連して、優れた統計学的な相関関係(p値<0.01)を得るために使用できる遺伝子として本発明者により同定された。各遺伝子に関して得られたp値は、以下の表1に示される。
Figure 2014532394
好ましくは、尿路上皮性の細胞又は尿路上皮性の微粒子の前記少なくとも1つの特異的なマーカーは、ヒト遺伝子UPK1A、UPK1B、UPK2及びUPK3A、並びにこれらの遺伝子と少なくとも80%、好ましくは少なくとも85%、好ましくは少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、好ましくは少なくとも99%の配列相同性を有する遺伝子を含む遺伝子の群から選択される。
用語「標準化」は、測定又は操作の誤差、及び生物学的なバリエーションの独立性に関するバイアスの排除を意味すると理解される。従って、標準化のステップによって、より信頼のおける結果を生むことが可能となる。調査される疾病により影響を受けた細胞に特異的な遺伝子を用いる標準化によって、尿サンプル中のこれら同じ細胞の比率に関するバイアスが排除される。実際、尿の定量的及び定性的な組成は、尿の流速が理由で又は疾患が理由で固定されない。従って、患者の疾病の真の進行を間違って評価するリスクは、現実的なものであり、このリスクが患者の治療上の処置に有害であることを証明できるだろう。
例えば、定量的PCR技術が使用された場合に、標準化は、以下の2つのステップでの対数スケール(生の結果に対応する)からリニアスケールへの移行で構成される。
(1)Cp尿路上皮性の細胞の特異的なマーカー−Cp疾病マーカー=ΔCp、
Cp又は交点は、装置による蛍光シグナルの検出前の増幅のサイクル数である。
(2)標準化された疾病マーカーの発現のレベル=2ΔCp
ゲルでの移動を実施して、古典的PCRに続くアガロースゲルでの移動のケース又はノーザンブロット及びサザンブロット技術のケースと同様の結果を示す場合に、オペレーターは、各々の移動したバンドの光学密度を何らかの通常のソフトウェア(Image J(商標)、UN−SCAN−IT Gel(商標))で測定し、その報告を作成し、患者における目的の遺伝子の発現の閾値を決定しなければならない。発現の閾値は、次に以下のとおり計算される。
標準化された疾病マーカーの発現レベル=疾病マーカーの光学密度/尿路上皮性の細胞マーカーの光学密度
本発明の別の課題は、腎臓の疾病の前記マーカーの発現の閾値を、疾患により変化しない発現の閾値と比較するためのステップをさらに含む、インビトロ診断方法である。
健常患者との比較によって、通常発現される遺伝子の発現の制御における、疾病の正又は負の影響を記録することが可能である。これは以下のとおり行われる。
遺伝子の制御=2(ΔCp患者−ΔCp健常人)
健常患者との比較とは別に、本発明の方法に基づいて移植又は疾病状態の進行をモニターすることが可能である。患者の以前の結果を保持すること及びそれらの結果を参照として使用することは実際に可能である。この内部標準化によって、個人間の差によるバイアスが排除される。また、患者の医学的な追跡、及び疾病又は移植のモニタリングも可能となる。
さらに、本発明は、患者に由来する尿サンプルから疾病を検出するためのインビトロ診断キットを含み、このキットは、前記サンプル中の疾病の少なくとも1つの特異的なマーカーを検出するための少なくとも一対のプライマーと、前記サンプル中の尿路上皮性の細胞の少なくとも1つの特異的なマーカーを検出するための少なくとも一対のプライマーとを含む。
有利には、前記疾病は、腎臓の線維症又は腎臓の上皮細胞の表現型の変化であり、かつ腎臓の疾病の前記少なくとも1つの特異的なマーカーは、ヒト遺伝子CD45、CD68及びVIMを含む群から選択される。
好適な実施形態において、尿路上皮性の細胞の前記少なくとも1つの特異的なマーカーは、ヒト遺伝子ウロプラキン1A、ウロプラキン1B、ウロプラキン2、ウロプラキン3A、ウロプラキン3B、ウロプラキン3BL、Bcas1、CEP152、CRABP2、DNASE1、KRT20、PLEKHF1、PLEKHG4B、RCN1、SEMA5B、SULT2A1、TFF1、VILL、ZNF720、及びこれらのヒト遺伝子と少なくとも80%、好ましくは少なくとも85%、好ましくは少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、好ましくは少なくとも99%の配列相同性を有する遺伝子を含む群から選択される。
本発明の別の課題は、腎臓の疾病の検出のためのインビトロ診断キットの使用であって、前記腎臓の疾病が線維症又は腎臓の上皮細胞の表現型の変化であるインビトロ診断キットの使用に関する。
本発明の他の特性及び利点は、単純な例示及び非網羅的な例の様式で与えられる以下の好適な実施形態の記載から、並びに添付される図面から、さらに明らかに示される。
EMTスコアと、GAPDHで標準化されたビメンチン(VIM)についての尿PCRの結果との相関関係を示すグラフである。 ウロプラキン1A遺伝子UPK1Aにより結果が標準化された場合の、同じEMTスコアと同じビメンチン(VIM)についての尿PCRの結果との相関関係を示す図である。 EMTスコアと、GAPDHで標準化されたCD68についての尿PCRの結果との相関関係を表すグラフである。 これらの結果がウロプラキン1A遺伝子UPK1Aにより標準化された場合の、同じEMTスコアと同じCD68についての尿PCRの結果との相関関係を示す図である。 EMTスコアと、GAPDHで標準化されたCD45の尿PCRの結果との相関関係を表す図である。 これらの結果がウロプラキン1A遺伝子UPK1Aにより標準化された場合の、同じEMTスコアと同じCD45についての尿PCRの結果との相関関係を表す図である。 本発明の方法による用語「腎臓」及び「細胞間ジャンクション」に対応する同定された遺伝子の数を表すグラフである。 標準化の方法による用語「腎臓」及び用語「細胞間ジャンクション」に関する遺伝子の拡大の有意性を表すグラフである。
本発明の一般原則は、疾病のマーカー又は疾病マーカーとして指定される疾病の現象と関連した遺伝子の発現を、参照遺伝子の発現と比較することに依拠している。尿路上皮性の細胞におけるこの参照遺伝子の発現のレベルは、疾病により影響を受けた細胞からは独立している。このマーカーは、尿路上皮性の細胞の特異的なマーカーと指定される。
実施例1:本発明の方法に基づいた腎臓移植の上皮表現型の変化の診断
本発明による診断法の感度を評価するために、臓器移植を経験し、CsAで処置された患者で腎バイオプシーが行われる。同時に、この患者の尿のサンプルが収集される。これらのサンプルにおいて、腎臓の上皮細胞の表現型の変化と関連したマーカーについて、定量的PCRにより探索がなされる。本発明による方法の優位性を実証するために、定量的PCRの結果は、本発明による方法に準拠した尿路上皮性の参照遺伝子、並びに文献に記載された古典的な方法に準拠したハウスキーピング遺伝子により標準化される。
移植患者での対照のバイオプシーは、Tenon病院(パリ)の解剖病理学研究室により分析された。当業者に周知の免疫組織化学法により、EMTマーカーであるビメンチン及びβ−カテニンのタンパク質発現に関して探索がなされる。EMTスコアは、EMTマーカー、即ちビメンチン及びβ−カテニンを発現する尿細管のパーセンテージの関数として決定される(Hertig他、American Journal of Transplantation 2006年)。これらのスコアは、以下のとおり表される。
− スコア=0:EMTなし。
− スコア=1:バイオプシーにおける尿細管の<10%がEMTマーカーを提示する。
− スコア=2:バイオプシーにおける尿細管の10〜24%がEMTマーカーを提示する。
− スコア=3:バイオプシーにおける尿細管の25〜50%がEMTマーカーを提示する。
− スコア=4:バイオプシーにおける尿細管の>50%がEMTマーカーを提示する。
スコアが2以上の場合に、患者はEMT陽性であると考えられる。
1.尿の収集及び細胞ライセートの調製
これらの患者から、50mlの新鮮な尿がFalcon(登録商標)チューブに収集される。尿に赤血球が存在することを予防するために、収集はバイオプシーに先立つ3週間の間に行われる。尿感染の痕跡がなく、移植前に何らかの残留尿を有していない患者が選択される。日々の最初の排尿は、使用されない。
尿サンプルは、2000rpmで20分間、周囲温度又は室温(Tamb)で遠心分離される。2mlの容量の上清が−80℃で貯蔵される。残りの上清は廃棄される。細胞及びミネラルを含有する細胞ペレットは、15mlの容量の緩衝液PBS1Xに入れられる。細胞懸濁液は、細片を取り出すために再び10分間、2000rpm、Tambで遠心分離される。上清が廃棄され、ペレットは、チューブを傾倒させることにより排液され、次に150μlの溶解緩衝剤RLTに1容量%のβ−メルカプトエタノール(14.3M溶液)を補充したものに再懸濁された。緩衝剤RLTは、Qiagen laboratoriesによるRNeasy(登録商標)Micro Kitにおいて提供される。本ステップで、このようにして得られたライセートは、−80℃で保つことができるか、又は直接使用してRNAを抽出することができる。
2.RNAの抽出
メッセンジャーRNA(mRNA)は、尿サンプルに存在する細胞から抽出される。一般に、疾病、線維症又はEMTを示すマーカーは、これらの現象が出現する場合にのみ発現される。従って、それらマーカーの転写を研究することは、それらのゲノム中での存在を捜すことに比べて、より妥当である。
RNAは、製造者から提供されるプロトコールによりRNeasy(登録商標)Micro Kit(Qiagen)を用いて、本明細書の上述の記載のとおり調製される細胞ライセートから抽出される。より具体的には、手本とするプロトコールは、プロトコール「顕微解剖により得られる組織」である。簡単に説明すると、70%の容量の無菌エタノールが、ホモジナイズしたライセートにプロトコールの表示にしたがって添加される。ライセートは、キットに備わるRNeasy(登録商標)カラムに全体又は一部が入れられる。カラムは、15秒間、10,000rpmを超える回転速度で、4℃で遠心分離される。フロースルーは、廃棄される。カラムは、キットに備わる緩衝剤RW1で洗浄される。RNAが、溶出され、次に14μlのRNAseを含まない水に回収される。
3.相補DNA合成
上述の抽出されたRNAの逆転写は、QuantiTect(登録商標)逆転写キット(Qiagen)により達成される。簡単に説明すると、前もって作出されたRNA溶液は、キットに備わっているgDNA Wipeout緩衝剤に添加され、次に42℃で2分間インキュベーションされる。このステップによって、残留するゲノムDNAが排除される。逆転写混合物(RTプライマー混合物)は、核塩基、逆転写酵素(Quantiscript(登録商標)逆転写酵素)、及び反応緩衝剤(Quantiscript(登録商標)RT緩衝剤)を含有する。その混合物は、RNA溶液に添加される。混合物は、42℃で15分間インキュベーションされ、逆転写が達成される。混合物は、次に逆転写酵素を非活性化するために、95℃で3分間インキュベーションされる。このように準備される相補DNAの溶液は、分析前に保存するか、又は1/10に希釈することができる。
4.定量的PCR
定量的PCRを使用して、細胞中の転写産物の初期量が評価される。これによって、遺伝子が過剰制御されるのか、又は過小制御されるのかを決定することが可能となる。
簡単に説明すると、反応混合物が調製される。この混合物は次のものを含有する。
− 5μlのSYBR(登録商標)Green Master Mix 2X(Roche Laboratories)/ウェル、
− 0.25μlの各プライマーを10μM(Roche Laboratories)/ウェル、
− 1.5μlの滅菌水/ウェル。
この反応混合物7μlが、96ウェルプレート(Roche Laboratories)の1ウェルあたりに入れられる。各患者の3μlの相補DNAが、1/10に希釈され、各ウェルに添加される。プレートは、次に1500gで2分間遠心分離され、次に増幅のため、LightCycler 480オートマトン(Roche Laboratories)に導入される。
使用されるプライマー対は、Roche Laboratoriesにより供給される。
Figure 2014532394
ビメンチンは、中間径フィラメントのファミリーに属するタンパク質である。その遺伝子記号はVIMである。ビメンチンは、細胞骨格に関与する。CD45又はPTPRCは、通常は白血球により発現される膜貫通タンパク質チロシンホスファターゼである。CD68は、通常はマクロファージ及び単球により発現される糖タンパク質である。
我々の目的の遺伝子のケースでは、ビメンチン(VIM)、CD68及びCD45(PTPRC)の遺伝子は、特に移植物の線維化疾患の間に、尿細管及び/又は腎臓の間質において過剰制御されるように見える。また、これらは腎バイオプシーにEMTが存在することにより免疫組織化学で顕在化される。GAPDH遺伝子は、参照ハウスキーピング遺伝子として使用され、全てのタイプの有核細胞において区別なく発現される。ウロプラキン1A遺伝子は、尿路上皮性の細胞に特異的な参照遺伝子として使用される。
以下は増幅プログラムである。
− 1のプレインキュベーションサイクル(95℃で5分間)、
− 45の増幅サイクル(60℃で15秒間、72℃で15秒間)、
− 1の融解曲線(96℃で5秒間、60℃で1分間、次いで0.06℃/秒での緩徐な加温を96℃に達するまで、10取得/℃)。
− 1の冷却サイクル(40℃で30秒間)。
増幅させたDNAを含有するプレートは、オートマトンから取り出され、次に4℃で保存される。生データは、標準化のためオートマトンから回収される。
5.標準化
定量的PCRの間にDNAの初期量を計算するため使用される参照方法により、生データが標準化される。簡単に説明すると、各患者の結果を、標準化し、次に以下のとおり直線化した。
− ハウスキーピング遺伝子(GAPDH)との関連:
CpGAPDH−Cp目的の遺伝子=ΔCp、
目的の遺伝子/GAPDH=2ΔCp
− 尿路上皮性の細胞の特異的なマーカーであるウロプラキンとの関連:
CpUPK−Cp目的の遺伝子=ΔCp、
目的の遺伝子/ウロプラキン=2ΔCp
Cpは、装置による蛍光シグナルの検出前の増幅サイクルの数である。
6.結果
図1及び図2は、EMTスコアとの関係におけるビメンチン遺伝子の定量的PCRの結果の相関関係を表す。図1において、相関係数Rは非常に低く、回帰線の勾配はゼロである。従って、ビメンチンの発現を腎細胞における上皮表現型の変化の存在と決定的に関連付けることは不可能である。しかしながら、本発明の方法に準拠したウロプラキンによる結果の標準化によって、回帰係数は有意に改善される。さらにまた、回帰線の勾配は正となることから、ビメンチン遺伝子の発現と次第に高くなるEMTスコアは、明らか且つ明解に相関する。従って、これらの結果は、バイオプシーの結果と合致する。
同様に、図3によると、CD68の発現とEMTの存在に関する回帰線の勾配は、非常に低い。このことは、CD68の発現が、腎臓における上皮表現型の変化の出現と関連付けされないことを意味するだろう。目下の事情では、CD68の発現は、腎臓の線維化疾患で正に制御される(Anders他、Kidney Int.、2011年)。従って、ハウスキーピング遺伝子による標準化の古典的な方法によって、偽陰性が導かれることは明らかである。
これに対して、図4は、ウロプラキンによる標準化が検査をかなり改善することを示す。回帰直線の勾配は正となり、CD68の発現は上皮表現型の変化の現象の間に正に制御される。結果は、対照のバイオプシーにおける解剖病理学的な検査と一致する。
CD45(PTPRC)の発現に関して、腎臓組織におけるCD45(PTPRC)の過剰発現は、腎臓の同種移植の好ましくない進展と関連する(Scherer他、Nephrol Dial.Transplant.、2009年)。図5と図6との比較は、標準化がウロプラキンで行われる場合に、尿を用いるPCR検査がかなり改善されることを示す。
結論として、GAPDHと関連させた結果の標準化によって、EMTを示す患者と「健常」患者との間で何らかの有効な識別が可能になることはなく、このことは研究される目的の遺伝子が何であれ該当する。それぞれ図1及び図3の回帰線の勾配がゼロ及び負であることにより示されるとおり、GAPDHハウスキーピング遺伝子による標準化によって偽陰性が導かれる。従って、臨床の専門家は、このタイプの分析の結果に頼ることができない。従って、バイオプシーの確認に頼ることは、依然として不可避である。
結果を標準化するための参照遺伝子としてウロプラキンが使用される場合に、検査はかなり改善される。図2、図4及び図6によると、ビメンチン、CD68、及びCD45(PTPRC)の発現は、腎臓におけるEMT現象において正に制御される。このことは、患者のバイオプシーにおける免疫組織化学で事実上観察されてきたことに対応する。従って、本発明による方法は、患者の現実の状況を反映する。また、本発明による方法によって、腎臓における上皮表現型の変化の出現の、正確で信頼のおけるモニタリング及び診断も可能となる。
従って、本発明による方法によって、信頼のおける、正確で、患者の現実の状況と合致する結果が得られることは明らかである。さらにまた、この方法は、患者に対して無痛性であり、迅速で、単純で、実施するために経済的である。さらに、臓器移植を経験した患者におけるEMTの出現のモニタリングに完全に適している。
実施例2:移植物のバイオプシーにおいて上皮表現型の変化を示すか又は示さない26患者の尿中の発現遺伝子の検出、並びに、標準化の古典的な方法及び本発明による方法で得られた結果の比較
臨床的に安定な26患者は尿サンプルを有し、このサンプルは移植物のバイオプシー前に実施例1に記載のとおり採取された。分析された26患者のうち、12患者はEMTの徴候を示さなかったが、14患者はEMTの徴候を示した。細胞ペレットを、これらの尿サンプルから実施例1に記載のとおり調製した。これらの細胞ペレットを、次にMiltenyi Biotech Gmbhに送付し、RNAの抽出、相補DNAの逆転写、増幅、又はDNA蛍光マーカーの取り込み、品質管理、及びAgilent(登録商標)の相補DNAマイクロアレイにおけるハイブリダイゼーションを行った。これらのマイクロアレイは、ヒト遺伝子の全体性を表す遺伝子発現の定量的な研究をなすため使用される。従って、各患者のトランスクリプトームを、マイクロアレイで分析した。換言すれば、1マイクロアレイは1患者に対応する。遺伝子の発現のレベルは、各マイクロアレイに存在する内部蛍光標準での調整後の蛍光強度で表現される。これらは生データである。ここで、中央値は、相補DNAマイクロアレイで分析された遺伝子のリストの中央値に位置する遺伝子において放射され、記録される明度に対応する。
中央値による標準化によって、マイクロアレイの各々の調製に関するバイアスが排除される。マイクロアレイの調製に関するバイアスの例は、患者のDNAに導入される蛍光マーカーの量、又はマイクロアレイが暴露される温度である。中央値による標準化は、所定の患者について相補DNAマイクロアレイで検査した各遺伝子に以下の式を適用することにより行われる。
標準化した値=(生の値)/(マイクロアレイで検査した全ての遺伝子の値の中央値)
二項ファミリーの一般化したリニアモデルを、Rソフトウェアを用いて作った。
モデル<−glm(EPCx,ファミリー=二項,オフセット=血液+SFN)
式中:
− モデルは、モデルであり、
− EPCは、予測されたバイナリーカテゴリー変数である(バイオプシーにおける上皮表現型の変化の存在又は非存在を示す)、
− xは、このモデルにおいて別々に検査した相補DNAマイクロアレイで検査した各遺伝子を表す、
− 血液及びSFNの共変数は、それぞれ、所定の個人の相補DNAマイクロアレイにより産出される発現の測定値に基づくヘモグロビン遺伝子の平均値及びストラティフィンの平均値である。
血液及びストラティフィンを共変数とすることによって、血液及び/又は非腎臓の上皮細胞による、収集されたサンプルの混入を考慮することが可能となる。
xをモジュールに導入することによるEMT変数の予測の改善の有意性(p値)は、以下のコマンドにより与えられる。
anova(モデル,検査=「Chisq」)[2,5]。
得られたp値が<0.05である遺伝子を、各々の標準化の方法に選択し、DAVIDソフトウェア(david.abcc.ncifcrf.gov)による拡大の機能研究についての遺伝子のリストとして使用した。相補DNAマイクロアレイで評価した遺伝子の全体性を、参照リスト(バックグラウンド)として使用した。これらの結果は、図7及び図8、並びに以下の表3に表される。
Figure 2014532394
本発明者等は、第一に、研究される器官に関連して本発明による標準化の方法を実施することにより得られた結果の一貫性を評価するために、UP_TISSUEデータベースにおける用語「腎臓」の拡大の観察、及び、第二に、研究される疾病(このケースではEMT)に関連した結果の一貫性を評価するために、GOTERM_CC_FATデータベースにおける「細胞間ジャンクション」(GO:0005911細胞間ジャンクション)の拡大を行った。
表3、並びに表3から得られた図7及び図8は、ウロプラキン1Aによる標準化が使用されることで、これらの2つの用語に対して最も有意な拡大が得られることを示しており、ボンフェローニ法による補正が複数の検査を考慮して適用される場合、拡大はウロプラキン1Aによる標準化に対して単独で依然として有意である。ウロプラキン1Aによる標準化は、腎バイオプシーにおける上皮表現型的な変化の存在と関連するので、これらの2つの用語に属する遺伝子の最大数を識別する。
7.適用
このように、本発明による方法は、表現型の変化の出現の早期検出において、その有効性が実証された。EMTの検出における他の適用を、本発明の方法により得ることができる。腎臓移植の急性拒絶の検出を、本発明による方法に基づいて診断することができる。このケースにおいて、調査される疾病マーカーは、腎臓における免疫細胞の活性化に関するマーカーであり、例えば、グランザイムB(配列番号23)、パーフォリン(配列番号24)、インターフェロン又はFasリガンド(配列番号25)である。
何らかの腎臓疾患を診断するために、本発明による方法に基づいた管細胞、有足細胞又は炎症細胞の検出を使用し得る。また、患者における腎臓癌の進行を、マーカーTP53(配列番号26)、MIB1(配列番号27)、AgNOR、CD44(配列番号28)、ラセマーゼ、CD10(配列番号31)、ケラチン7、ビメンチン、カベオリン−1(配列番号29)及びror1(配列番号30)の検出に基づいた本発明による方法によってモニターし得る。

Claims (11)

  1. 患者の疾病のインビトロ診断方法であって、
    a)前記患者から尿サンプルを得るステップと、
    b)前記サンプル中の、前記疾病の少なくとも1つのマーカー、並びに尿路上皮性の細胞及び/又は尿路上皮性の微粒子の少なくとも1つの特異的なマーカーを検出するステップと、
    c)前記疾病の前記少なくとも1つのマーカーの発現の閾値を、尿路上皮性の細胞及び/又は尿路上皮性の微粒子の前記少なくとも1つの特異的なマーカーによる前記疾病の前記マーカーの標準化により決定するステップと
    を含む方法。
  2. 前記ステップb)が、尿路上皮性の細胞及び/又は尿路上皮性の微粒子の前記少なくとも1つの特異的なマーカーの転写産物の検出、並びに前記疾病の前記少なくとも1つのマーカーの転写産物の検出を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記ステップb)が、RT−PCR、定量的PCR、最終点PCR、半定量的PCR又はそれらの組み合わせを含む群から選択される核酸の増幅技術の手段により実施される、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記疾病が、腎臓の線維症、腎臓の上皮細胞の表現型の変化、移植拒絶、癌、糸球体の疾患、管疾患、間質性疾患及び脈管性腎臓疾患を含む群から選択される腎臓の疾病である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記腎臓の疾病の前記少なくとも1つの特異的な遺伝マーカーが、ヒト遺伝子CD45、CD68、及びVIM、並びにこれらの遺伝子と少なくとも80%、好ましくは少なくとも85%、好ましくは少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、好ましくは少なくとも99%の配列相同性を有する遺伝子を含む群から選択される、請求項4に記載の方法。
  6. 前記疾病が、尿に排出される細胞及び/又は微粒子の量を変更する疾病である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記尿に排出される細胞及び/又は微粒子の量を変更する疾病が、体節性及び局所性のヒアリノーシス、急性の管ネクローシス、上皮表現型の変化、急性の移植拒絶、シェーグレン症候群、サルコイドーシスを含む群から選択される、請求項6に記載の方法。
  8. 尿路上皮性の細胞及び/又は尿路上皮性の微粒子の前記少なくとも1つの特異的なマーカーが、ヒト遺伝子ウロプラキン1A、ウロプラキン1B、ウロプラキン2、ウロプラキン3A、ウロプラキン3B、ウロプラキン3BL、Bcas1、CEP152、CRABP2、DNASE1、KRT20、PLEKHF1、PLEKHG4B、RCN1、SEMA5B、SULT2A1、TFF1、VILL、ZNF720、及びこれらの遺伝子と少なくとも80%、好ましくは少なくとも85%、好ましくは少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、好ましくは少なくとも99%の配列相同性を有する遺伝子を含む群から選択される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 標準化された疾病の前記マーカーの発現の閾値を、疾患により変更されない遺伝子発現の閾値と比較するためのステップをさらに含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 患者に由来する尿サンプルから腎臓の上皮細胞の表現型の変化を検出するためのインビトロ診断キットであって、前記サンプル中の、ヒト遺伝子CD45、CD68及びVIMを含む群から選択される疾病の少なくとも1つの特異的なマーカーを検出するための少なくとも一対のプライマーと、ウロプラキン1Aを検出するための少なくとも一対のプライマーとを含むインビトロ診断キット。
  11. 腎臓の上皮表現型の変化である腎臓の疾病を検出するための、請求項10に記載のインビトロ診断キットの使用。
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