KR102952443B1 - Methylation marker for diagnosing colorectal cancer and uses thereof - Google Patents
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Abstract
대장암 진단용 메틸화 마커 및 이의 용도에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대장암 환자의 유전자에서 특이적으로 메틸화가 감소되어 나타나는 메틸화 마커, 이의 조합 및 이를 이용한 페암 진단방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 각 메틸화 마커 또는 이들의 조합은 대장암의 발병 여부를 정확하게 진단하는데 매우 유용하게 활용될 수 있다.The invention relates to a methylation marker for diagnosing colorectal cancer and its use, and more specifically, to a methylation marker that specifically shows reduced methylation in the genes of colorectal cancer patients, a combination thereof, and a method for diagnosing lung cancer using the same.
Each methylation marker or combination thereof according to the present invention can be very usefully utilized to accurately diagnose whether colorectal cancer has developed.
Description
대장암 진단용 메틸화 마커 및 이의 용도에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대장암 환자의 유전자에서 특이적으로 메틸화가 감소되어 나타나는 메틸화 마커, 이의 조합 및 이를 이용한 페암 진단방법에 관한 것이다.The invention relates to a methylation marker for diagnosing colorectal cancer and its use, and more specifically, to a methylation marker that specifically shows reduced methylation in the genes of colorectal cancer patients, a combination thereof, and a method for diagnosing lung cancer using the same.
대장암(Colorectal cancer, CRC)은 전세계적으로 흔한 암이다. 우리나라에서는 남자의 경우 위암, 폐암, 간암에 이어, 여자의 경우는 유방암, 위암에 이어 흔히 발생하는 암이다. 근래에 식생활이 서구화되면서 그 발생 빈도가 더욱 가파르게 증가하였다. 최근 10년 사이 대장암에 의한 사망률은 약 80%정도 증가하였고, 계속 증가하는 추세이다.Colorectal cancer (CRC) is a common cancer worldwide. In Korea, it is the second most common cancer in men after stomach, lung, and liver cancer, and in women after breast and stomach cancer. Recently, as dietary habits have become Westernized, its incidence has increased even more sharply. Over the past 10 years, the mortality rate from colorectal cancer has increased by approximately 80% and continues to rise.
세계보건기구 산하의 국제 암 연구기관(International Agency for Research on Cancer; IARC)에서는 전 세계 185개국 36개 암종에 대해 조사하였고, 그 결과 대장암 발병률이 전체의 10.2%이며, 암으로 사망한 사람의 9.2%가 대장암에 의한 사망자인 것으로 조사되었다. 또한, 국가암정보센터(National Cancer Information Center, Korea)에서 공개한 2017년 국내주요암 발생현황 보고서에 따르면 국내 대장암 발병률은 12.1%로 세계 평균 수준보다 높은 발병률을 나타내는 것으로 보고되었다.The International Agency for Research on Cancer (IARC), under the World Health Organization, investigated 36 types of cancer in 185 countries worldwide. The results showed that the incidence of colorectal cancer was 10.2% of the total, and that 9.2% of cancer deaths were attributed to colorectal cancer. Additionally, according to the 2017 report on the incidence of major cancers in Korea released by the National Cancer Information Center (NCIC, Korea), the incidence of colorectal cancer in Korea was reported to be 12.1%, which is higher than the global average.
한편, 암세포가 어떠한 경로로 어떻게 생기게 되는가 하는 것은 아직 확실히 밝혀지지는 않고 있으나, 정상세포의 증식조절의 기능을 가진 유전자의 변형에 의해 증식조절이 되지 않는 세포가 생겨남으로써 암이 발생하는 것으로 보는 것이 일반적인 견해다. 따라서, 많은 암 연구자들은 암과 관련이 있다고 예상되는 유전자들을 대상으로 DNA 칩을 제작하여 암 조직과 정상 조직 간의 발현 정도를 비교하여 암 조직에서만 특이적으로 과발현되는 유전자들을 종양 마커로 사용하여 암 선별 검사에 이용하고 있는 추세이다. 물론, 이와 같은 진단방법은 정확도에 한계가 있어서 암이 없을 때도 종종 양성으로 나타나서 혼란을 야기하기도 하지만, 여전히 암을 근원적으로 진단하고 치료하기 위해서는 유전자 수준에서 접근할 필요가 있다.Meanwhile, although the specific pathways and mechanisms by which cancer cells develop have not yet been definitively elucidated, the general consensus is that cancer arises when mutations in genes responsible for regulating normal cell proliferation lead to the emergence of cells with uncontrolled proliferation. Consequently, many cancer researchers are increasingly utilizing DNA chips designed for genes suspected of being associated with cancer. By comparing expression levels between cancerous and normal tissues, they are employing genes specifically overexpressed in cancerous tissues as tumor markers for cancer screening. Of course, while such diagnostic methods have limitations in accuracy and can sometimes result in positive findings in the absence of cancer, causing confusion, it remains necessary to approach the issue at the genetic level to fundamentally diagnose and treat cancer.
수많은 질병들이 유전자 이상에 의하여 발생하고, 유전자 이상의 가장 빈번한 형태가 유전자 코드 서열의 변화이다. 이러한 유전자 변화를 돌연변이라고 한다. 어떠한 유전자에 돌연변이가 있으면, 상기 유전자에 의하여 코딩되는 단백질의 구조 및 기능이 변화하고, 이상 및 절단이 발생하며, 이러한 변이된 단백질은 질병을 일으킨다. 그러나, 특정 유전자에 변이가 없어도, 상기 유전자의 발현에 이상이 생겨 병을 유발할 수 있다. 전형적인 예가 유전자 전사조절부위, 예를 들면, CpG 섬의 시토신 염기 부위에 메틸 그룹이 부착되는 메틸화이다. 이를 후생유전학적(epigenetic) 변화라고 하며, 돌연변이와 비슷한 방식으로 자손 세포에 전이되고, 예를 들면, 대응하는 단백질의 발현이 소실되는 것과 같은 동일한 효과를 나타낸다. 암 세포의 경우, 종양 억제 유전자의 발현이 프로모터 CpG 섬의 메틸화에 의하여 억제되고, 이러한 억제된 발현은 암을 유발하는 중요한 메카니즘의 하나로 인식되고 있다 (Robertson, K. and Jones, P., Carcinogen, 21, 461, 2000). 실제로 전립선암, 결장암, 자궁암, 유방암 등 다양한 암 세포에서 CpG 섬에서의 비정상적인 메틸화/탈메틸화가 보고되었으며, 이들이 암 형성 초기에 중요한 역할을 하고 있다는 점이 밝혀지고 있어서 DNA 메틸화 경향이 유력한 암 조기진단의 마커로서 주목받고 있다. 하지만, 암을 진단할 수 있을 정도로 충분한 수의 마커가 부족하여 암 특이적인 DNA 메틸화 경향을 보이는 마커의 지속적인 개발이 요구되고 있는 실정이다.Numerous diseases are caused by genetic abnormalities, and the most frequent form of genetic abnormality is a change in the genetic code sequence. Such genetic changes are called mutations. If a mutation occurs in a specific gene, the structure and function of the protein encoded by that gene change, abnormalities and cleavages occur, and these mutated proteins cause disease. However, even without a mutation in a specific gene, abnormalities in gene expression can cause disease. A typical example is methylation, in which a methyl group is attached to a cytosine base region of a gene transcription regulatory site, such as a CpG island. This is called an epigenetic change, which is transmitted to progeny cells in a manner similar to mutations and produces the same effects, such as the loss of expression of the corresponding protein. In cancer cells, the expression of tumor suppressor genes is inhibited by the methylation of promoter CpG islands, and this inhibited expression is recognized as one of the important mechanisms for inducing cancer (Robertson, K. and Jones, P., Carcinogen, 21, 461, 2000). In fact, abnormal methylation/demethylation in CpG islands has been reported in various cancer cells, including prostate, colon, uterine, and breast cancers, and it has been revealed that they play an important role in the early stages of cancer formation, so DNA methylation trends are receiving attention as a promising marker for early cancer diagnosis. However, there is a shortage of markers sufficient to diagnose cancer, so there is a need for the continuous development of markers that exhibit cancer-specific DNA methylation trends.
이에, 본 발명자는 대장암에 특이적인 DNA 메틸화 마커를 개발하기 위하여 연구한 결과, 4종의 유전자에서 대장암 특이적인 저메틸화(hypomethylation) 경향을 보이고, 이러한 메틸화 수준의 측정을 통해 대장암을 진단할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the inventors conducted research to develop DNA methylation markers specific to colorectal cancer and confirmed that four types of genes exhibit a colorectal cancer-specific hypomethylation tendency, and that colorectal cancer can be diagnosed by measuring these methylation levels, thereby completing the present invention.
따라서, 본 발명의 목적은 NEK3(NIMA related kinase 3), KSR1(Kinase suppressor of ras 1), GALNT17(Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) 및 BOC(BOC cell adhesion associated, oncogene regulated)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 유전자의 메틸화 수준을 측정하는 제제를 포함하는 대장암 진단용 조성물을 제공하는 것이다. Accordingly, the objective of the present invention is to provide a composition for diagnosing colorectal cancer comprising a preparation for measuring the methylation level of one or more genes selected from the group consisting of NEK3 (NIMA related kinase 3), KSR1 (Kinase suppressor of ras 1), GALNT17 (Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) and BOC (BOC cell adhesion associated, oncogene regulated).
본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 포함하는 대장암 진단용 키트를 제공하는 것이다. Another objective of the present invention is to provide a colorectal cancer diagnostic kit comprising the above composition.
본 발명의 다른 목적은 (a) 피험자의 생물학적 시료로부터 DNA를 추출하는 단계; 및 NEK3(NIMA related kinase 3), KSR1(Kinase suppressor of ras 1), GALNT17(Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) 및 (b) BOC(BOC cell adhesion associated, oncogene regulated)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 유전자의 메틸화 수준을 측정하는 단계를 포함하는, 대장암 진단을 위한 정보제공방법을 제공하는 것이다. Another objective of the present invention is to provide a method for providing information for the diagnosis of colorectal cancer, comprising the steps of: (a) extracting DNA from a biological sample of a subject; and measuring the methylation level of one or more genes selected from the group consisting of NEK3 (NIMA related kinase 3), KSR1 (Kinase suppressor of ras 1), GALNT17 (Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) and (b) BOC (BOC cell adhesion associated, oncogene regulated).
전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 NEK3(NIMA related kinase 3), KSR1(Kinase suppressor of ras 1), GALNT17(Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) 및 BOC(BOC cell adhesion associated, oncogene regulated)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 유전자의 메틸화 수준을 측정하는 제제를 포함하는 대장암 진단용 조성물을 제공한다.To achieve the aforementioned objective of the present invention, the present invention provides a composition for diagnosing colorectal cancer comprising a preparation for measuring the methylation level of one or more genes selected from the group consisting of NEK3 (NIMA related kinase 3), KSR1 (Kinase suppressor of ras 1), GALNT17 (Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) and BOC (BOC cell adhesion associated, oncogene regulated).
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 조성물을 포함하는 대장암 진단용 키트를 제공한다.To achieve another objective of the present invention, the present invention provides a colorectal cancer diagnostic kit comprising the above composition.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 피험자의 생물학적 시료로부터 DNA를 추출하는 단계; 및 (b) NEK3(NIMA related kinase 3), KSR1(Kinase suppressor of ras 1), GALNT17(Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) 및 BOC(BOC cell adhesion associated, oncogene regulated)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 유전자의 메틸화 수준을 측정하는 단계를 포함하는, 대장암 진단을 위한 정보제공방법을 제공한다. To achieve another objective of the present invention, the present invention provides a method for providing information for the diagnosis of colorectal cancer, comprising: (a) a step of extracting DNA from a biological sample of a subject; and (b) a step of measuring the methylation level of one or more genes selected from the group consisting of NEK3 (NIMA related kinase 3), KSR1 (Kinase suppressor of ras 1), GALNT17 (Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) and BOC (BOC cell adhesion associated, oncogene regulated).
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다. The present invention will be described in detail below.
본 발명은 NEK3(NIMA related kinase 3), KSR1(Kinase suppressor of ras 1), GALNT17(Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) 및 BOC(BOC cell adhesion associated, oncogene regulated)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 유전자의 메틸화 수준을 측정하는 제제를 포함하는 대장암 진단용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for diagnosing colorectal cancer comprising a preparation for measuring the methylation level of one or more genes selected from the group consisting of NEK3 (NIMA related kinase 3), KSR1 (Kinase suppressor of ras 1), GALNT17 (Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) and BOC (BOC cell adhesion associated, oncogene regulated).
본 발명에서 대장암 진단이란 피험자에 대하여 병리 상태의 존재 또는 특징을 확인하는 것을 의미하며, 본 발명의 일 측면에 따른 목적상, 진단은 대장암의 발병 여부를 확인하는 것을 의미할 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따른 조성물, 키트 또는 방법은 임의의 특정 환자에 대한 대장암 발병 위험도가 높은 환자로써 특별하고 적절한 관리를 통하여 발병 시기를 늦추거나 발병하지 않도록 하는데 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따른 조성물, 키트 또는 방법은 페암을 조기에 진단하여 가장 적절한 치료방식을 선택함으로써 치료를 결정하기 위해 임상적으로 사용될 수 있다.In the present invention, diagnosis of colorectal cancer refers to confirming the existence or characteristics of a pathological state in a subject, and for the purposes of one aspect of the present invention, diagnosis may mean confirming whether colorectal cancer has developed. A composition, kit, or method according to one aspect of the present invention may be used to delay the onset of or prevent the onset of colorectal cancer in any specific patient with a high risk of developing colorectal cancer through special and appropriate management. Additionally, a composition, kit, or method according to one aspect of the present invention may be used clinically to determine treatment by diagnosing lung cancer early and selecting the most appropriate treatment method.
본 발명에서는 상기 인간 게놈 염색체 부위의 염기서열은 The February 2009 Human reference sequence(GRCh37/hg19)에 따라 표현하였지만, 상기 인간 게놈 염색체 부위의 구체적 서열은 게놈 서열 연구 결과가 업데이트됨에 따라서 그 표현이 다소 변경될 수 있으며, 이러한 변경에 따라 본 발명의 상기 인간 게놈 염색체 부위의 표현이 상이해질 수 있다. 따라서, 본 발명의 The February 2009 Human reference sequence(GRCh37/hg19)에 따라 표현된 인간 게놈 염색체 부위는 본 발명의 출원일 이후 인간 표준 염기서열(human reference sequence)이 업데이트되어 상기 인간 게놈 염색체 부위의 표현이 지금과 다르게 변경된다고 하여도, 본 발명의 범위가 상기 변경된 인간 게놈 염색체 부위에 미치게 됨은 자명하다고 할 것이다. 이러한 변경 내용은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 용이하게 알 수 있는 사항이다.In the present invention, the nucleotide sequence of the human genome chromosome region is expressed according to the February 2009 Human reference sequence (GRCh37/hg19); however, the specific sequence of the human genome chromosome region may be slightly modified as genome sequence research results are updated, and the representation of the human genome chromosome region in the present invention may differ as a result of such modifications. Therefore, it is evident that even if the representation of the human genome chromosome region expressed according to the February 2009 Human reference sequence (GRCh37/hg19) in the present invention changes differently from the present due to updates in the human reference sequence after the filing date of the present invention, the scope of the present invention extends to the modified human genome chromosome region. Such modifications are matters that anyone with ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can easily recognize.
본 발명에서 상기 "메틸화(methylation)"는 DNA의 시토신(cytosine) 잔기의 5번째 탄소에 메틸기가 첨가되는 것을 의미한다. 본 발명에서 용어, "메틸화(methylation)"는 DNA를 구성하는 염기에 메틸기가 부착되는 것을 말한다. 바람직하게, 본 발명에서 메틸화 여부는 특정 유전자의 특정 CpG 부위의 시토신 잔기의 다섯 번째 탄소에서 일어나는 메틸화 여부를 의미한다. 메틸화가 일어난 경우 그로 인하여 전사인자의 결합이 방해를 받게 되어 특정 유전자의 발현이 억제되며, 반대로, 비메틸화 또는 저메틸화가 일어나는 경우 특정 유전자의 발현이 증가하게 된다.In the present invention, "methylation" refers to the addition of a methyl group to the fifth carbon of a cytosine residue of DNA. In the present invention, the term "methylation" refers to the attachment of a methyl group to a base constituting DNA. Preferably, in the present invention, the presence of methylation refers to whether methylation occurs at the fifth carbon of a cytosine residue of a specific CpG site of a specific gene. When methylation occurs, the binding of transcription factors is hindered as a result, thereby suppressing the expression of the specific gene; conversely, when non-methylation or hypomethylation occurs, the expression of the specific gene increases.
포유동물 세포의 게놈 DNA 에는 A, C, G 및 T 에 더하여, 시토신 링의 다섯 번째 탄소에 메틸 그룹이 부착된 5-메틸시토신(5-methylcytosine, 5-mC)이라는 5번째 염기가 존재한다. 5-메틸시토신의 메틸화는 CpG라고 불리는 CG 디뉴클레오티드(5'-mCG-3')의 C에서만 일어나고, CpG의 메틸화는 alu 또는 트랜스포존과 게놈의 반복서열이 발현되는 것을 억제한다. 또한, 상기 CpG의 5-mC가 자연적으로 탈아미노화하여 티민(T)이 되기 쉽기 때문에, CpG는 포유동물 세포에서 대부분의 후성유전학적 변화가 자주 일어나는 부위이다.In addition to A, C, G, and T, the genomic DNA of mammalian cells contains a fifth base called 5-methylcytosine (5-mC), in which a methyl group is attached to the fifth carbon of the cytosine ring. Methylation of 5-methylcytosine occurs only at the C of a CG dinucleotide (5'-mCG-3') called CpG, and methylation of CpG inhibits the expression of alu or transposons and repetitive sequences of the genome. Furthermore, because the 5-mC of the CpG is prone to naturally deamination to become thymine (T), CpG is the site where most epigenetic changes frequently occur in mammalian cells.
본 발명에서 상기 "CpG 영역" 또는 "CpG 섬"은 CpG가 예외적으로 높은 빈도로 모여 있는 게놈 영역을 의미하며, C+G 함유량이 50%이상이고, CpG 비율이 3.75%이상인 평균 0.2 내지 3kb 길이의 부위를 의미한다.In the present invention, the "CpG region" or "CpG island" refers to a genomic region in which CpGs are clustered at an exceptionally high frequency, and refers to a region of average length of 0.2 to 3 kb in which the C+G content is 50% or more and the CpG ratio is 3.75% or more.
CpG에서, C는 시토신을, G는 구아닌을 나타내며 p는 시토신과 구아닌과의 사이에 있는 포스포다이에스테르 결합을 의미한다.In CpG, C represents cytosine and G represents guanine, and p signifies the phosphodiester bond between cytosine and guanine.
인간 게놈에는 약 45,000개의 CpG 섬이 있으며, 이들 대부분이 유전자의 발현을 조절하는 프로모터 부위에서 발견되며, 실제로, CpG 섬은 인간 유전자의 약 50%에 달하는 하우스키핑(housekeeping) 유전자의 프로모터에서 발견된다.There are about 45,000 CpG islands in the human genome, most of which are found in promoter regions that regulate gene expression, and in fact, CpG islands are found in the promoters of housekeeping genes, which make up about 50% of human genes.
정상인의 체세포에서, 상기 하우스키핑 유전자 프로모터 부위의 CpG 섬은 비메틸화되어 있으며, 임프린티드(imprinted) 유전자 및 비활성화 상태의 X 염색체 상의 유전자와 같이 발달과정 동안 발현되지 않는 유전자들은 메틸화되어 있다.In the somatic cells of normal humans, the CpG islands of the housekeeping gene promoter regions are unmethylated, while genes that are not expressed during development, such as imprinted genes and genes on the X chromosome in an inactive state, are methylated.
본 발명에서는 NEK3, KSR1, GALNT17및 BOC로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 유전자의 CpG 영역 내의 메틸화 수준이 정상 대조군과 비교하여 상대적으로 저메틸화되어 있을 경우, 대장암이 발병되었거나 발병 가능성이 높다고 진단할 수 있다. 구체적으로, 상기 4종의 유전자 중 1종, 2종, 3종 또는 4종의 메틸화 수준을 측정하여 그 결과를 조합함으로써 대장암의 발병 여부 또는 발병 가능성을 예측해볼 수 있다.In the present invention, if the methylation level within the CpG region of at least one gene selected from the group consisting of NEK3, KSR1, GALNT17, and BOC is relatively hypomethylated compared to a normal control group, it can be diagnosed that colorectal cancer has developed or is highly likely to develop. Specifically, by measuring the methylation levels of one, two, three, or four of the four genes and combining the results, it is possible to predict whether colorectal cancer has developed or the likelihood of developing it.
본 발명에서 상기 유전자의 CpG 부위란, 상기 유전자의 DNA 상에 존재하는 CpG 부위를 말한다. 상기 유전자의 DNA는, 상기 유전자가 발현하는데 필요하며 서로 작동가능하게 연결되어 있는 일련의 구성 단위를 모두 포함하는 개념으로, 예를 들어, 프로모터 영역, 단백질 코딩 영역(open reading frame, ORF), 인트론, 엑손, 5'-UTR 및 터미네이터 영역을 포함한다. 따라서, 상기 각 유전자의 CpG 부위는 해당 유전자의 프로모터 영역, 단백질 코딩 영역(open reading frame, ORF), 인트론, 엑손, 5'-UTR 및 터미네이터 영역 등에 존재할 수 있다. In the present invention, the CpG region of the gene refers to a CpG region existing on the DNA of the gene. The DNA of the gene is a concept that includes all of a series of constituent units that are necessary for the expression of the gene and are operably connected to one another, such as, for example, a promoter region, a protein-coding region (open reading frame, ORF), an intron, an exon, a 5'-UTR, and a terminator region. Accordingly, the CpG region of each gene may exist in the promoter region, protein-coding region (open reading frame, ORF), intron, exon, 5'-UTR, and terminator region of the corresponding gene.
바람직하게는, 본 발명에서 상기 NEK3 유전자의 메틸화는 13번 염색체의 52733728번째 염기, 상기 KSR1 유전자의 메틸화는 17번 염색체의 25783763번째 염기, 상기 GALNT17 유전자의 메틸화는 7번 염색체의 70061252번째 염기 및 상기 BOC 유전자의 메틸화는 3번 염색체의 112930505번째 염기에서의 메틸화인 것을 특징으로 할 수 있다.Preferably, in the present invention, the methylation of the NEK3 gene may be characterized as being at the 52733728th base of chromosome 13, the methylation of the KSR1 gene as being at the 25783763rd base of chromosome 17, the methylation of the GALNT17 gene as being at the 70061252nd base of chromosome 7, and the methylation of the BOC gene as being at the 112930505th base of chromosome 3.
본 발명에서, 상기 유전자의 메틸화 수준을 측정하는 제제는 비메틸화 시토신 염기를 변형시키는 화합물, 메틸화 민감성 제한효소, 메틸화된 염기를 포함하는 단편을 증폭할 수 있는 프라이머, 메틸화된 염기를 포함하는 단편에 혼성화할 수 있는 프로브, 메틸화된 염기와 결합할 수 있는 메틸화 특이적 결합 단백질, 메틸화 특이적 결합 항체 또는 압타머, 메틸화 민감성 제한 엔도뉴클라아제, 시퀀싱 프라이머, 시퀀싱 바이 신세시스 프라이머, 및 시퀀싱 바이 라이게이션 프라이머를 포함할 수 있다.In the present invention, a preparation for measuring the methylation level of the gene may include a compound that modifies a non-methylated cytosine base, a methylation-sensitive restriction enzyme, a primer capable of amplifying a fragment containing a methylated base, a probe capable of hybridizing to a fragment containing a methylated base, a methylation-specific binding protein capable of binding to a methylated base, a methylation-specific binding antibody or aptamer, a methylation-sensitive restriction endonuclase, a sequencing primer, a sequencing biosynthesis primer, and a sequencing bioligation primer.
상기 비메틸화 시토신 염기를 변형시키는 화합물은 바이설파이트(bisulfite) 또는 이의 염일 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 바람직하게는 소듐 바이설파이트일 수 있다. 이러한 바이설파이트를 이용하여 비메틸화 시토신 잔기를 변형시켜 CpG 부위의 메틸화 여부를 검출하는 방법은 당 업계에 널리 공지되어 있다.The compound that modifies the above-mentioned unmethylated cytosine base may be bisulfite or a salt thereof, but is not limited thereto, and preferably may be sodium bisulfite. A method of detecting whether a CpG site is methylated by modifying an unmethylated cytosine residue using such bisulfite is widely known in the art.
또한, 상기 메틸화 민감성 제한효소는 CpG 부위의 메틸화를 특이적으로 검출할 수 있는 제한효소로서 제한효소의 인식부위로 CG를 함유하는 제한효소일 수 있다. 예를 들면, SmaI, SacII, EagI, HpaII, MspI, BssHII, BstUI, NotI 등이 있으며 이에 제한되지 않는다. 상기 제한효소 인식부위의 C에서의 메틸화 또는 비메틸화에 따라 제한효소에 의한 절단 여부가 달라지고 이를 PCR 또는 서던블롯(Southern Blot) 분석을 통해 검출할 수 있게 된다. 상기 제한효소 이외의 다른 메틸화 민감성 제한효소는 당 업계에 잘 알려져 있다.In addition, the above-mentioned methylation-sensitive restriction enzyme is a restriction enzyme capable of specifically detecting methylation of CpG sites, and may be a restriction enzyme containing CG as its recognition site. Examples include, but are not limited to, SmaI, SacII, EagI, HpaII, MspI, BssHII, BstUI, NotI, etc. Depending on the methylation or non-methylation at the C of the restriction enzyme recognition site, the cleavage by the restriction enzyme varies, and this can be detected through PCR or Southern Blot analysis. Other methylation-sensitive restriction enzymes other than the above-mentioned restriction enzyme are well known in the industry.
본 발명에 따른 상기 각 유전자에서의 메틸화 수준을 측정하는 예시적인 방법으로, 피검자의 생물학적 시료에서 DNA를 수득하고, 수득한 DNA에 메틸화되지 않은 시토신 염기를 변형시키는 화합물 또는 메틸화 민감성 제한효소를 처리한 후, 상기 처리된 DNA를 프라이머를 이용하여 PCR에 의해 증폭시키고 그 증폭된 결과물의 존부를 확인하는 것을 통해 측정할 수 있다.An exemplary method for measuring the methylation level in each of the above genes according to the present invention can be measured by obtaining DNA from a biological sample of a subject, treating the obtained DNA with a compound that modifies unmethylated cytosine bases or a methylation-sensitive restriction enzyme, amplifying the treated DNA by PCR using primers, and confirming the presence or absence of the amplified product.
따라서, 본 발명의 제제는 상기 각 유전자의 메틸화된 대립형질 서열에 특이적인 프라이머 및 비메틸화된 대립형질 서열에 특이적인 프라이머를 포함할 수 있다. 본 발명에서, 용어 "프라이머"는 짧은 자유 3 말단 수산화기를 가지는 핵산 서열로 상보적인 템플레이트(template)와 염기쌍을 형성할 수 있고 템플레이트 가닥 복사를 위한 시작 지점으로 기능을 하는 짧은 핵산 서열을 의미한다. 프라이머는 적절한 완충용액 및 온도에서 중합반응(즉, DNA 중합효소 또는 역전사효소)을 위한 시약 및 상이한 4가지 뉴클레오사이드 트리포스페이트의 존재하에서 DNA 합성을 개시할 수 있다. 또한, 프라이머는, 7개 내지 50개의 뉴클레오타이드 서열을 가진 센스 및 안티센스 핵산으로서, DNA 합성의 개시점으로 작용하는 프라이머의 기본 성질을 변화시키지 않는 추가의 특징을 혼입할 수 있다.Accordingly, the formulation of the present invention may include a primer specific to the methylated allele sequence of each gene and a primer specific to the unmethylated allele sequence. In the present invention, the term "primer" refers to a short nucleic acid sequence having a short free 3-terminal hydroxyl group, capable of forming base pairs with a complementary template, and functioning as a starting point for template strand replication. The primer may initiate DNA synthesis in the presence of a reagent for a polymerization reaction (i.e., DNA polymerase or reverse transcriptase) and four different nucleoside triphosphates at an appropriate buffer solution and temperature. Additionally, the primer may incorporate additional features that do not alter the basic properties of the primer acting as a starting point for DNA synthesis, such as sense and antisense nucleic acids having a sequence of 7 to 50 nucleotides.
본 발명의 프라이머는 메틸화 여부를 분석하는 대상이 되는 특정 CpG 부위의 서열에 따라 바람직하게 디자인될 수 있으며, 각각 메틸화되어 바이설파이트에 의해 변형되지 않았던 시토신을 특이적으로 증폭할 수 있는 프라이머쌍, 및 메틸화되지 않아 바이설파이트에 의해 변형된 시토신을 특이적으로 증폭할 수 있는 프라이머쌍일 수 있다.The primers of the present invention can preferably be designed according to the sequence of a specific CpG site to be analyzed for methylation status, and may be a primer pair capable of specifically amplifying cytosine that is methylated and not modified by bisulfite, and a primer pair capable of specifically amplifying cytosine that is not methylated and is modified by bisulfite.
상기 조성물 및 키트에는 상기 제제 이외에도, 중합효소, 아가로스, 전기영동에 필요한 완충용액 등이 추가로 포함될 수 있다.In addition to the above preparation, the above composition and kit may additionally include polymerase, agarose, a buffer solution required for electrophoresis, etc.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 조성물은 “키트”의 형태로 제공될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the composition may be provided in the form of a “kit.”
본 발명에서 상기 “키트”는 핵산 증폭 또는 메틸화 수준 분석을 수행하기 위한 시약의 집합체를 의미하며, 상기 키트는 RT-PCR 키트, 마이크로어레이 칩 키트, DNA 키트, 및 단백질 칩 키트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the “kit” refers to a set of reagents for performing nucleic acid amplification or methylation level analysis, and the kit may be characterized as being any one selected from the group consisting of RT-PCR kits, microarray chip kits, DNA kits, and protein chip kits, but is not limited thereto.
본 발명은 또한 (a) 피험자의 생물학적 시료로부터 DNA를 추출하는 단계; 및The present invention also comprises (a) a step of extracting DNA from a biological sample of a subject; and
(b) NEK3(NIMA related kinase 3), KSR1(Kinase suppressor of ras 1), GALNT17(Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) 및 BOC(BOC cell adhesion associated, oncogene regulated)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 유전자의 메틸화 수준을 측정하는 단계를 포함하는, 대장암 진단을 위한 정보제공방법을 제공한다. (b) A method for providing information for the diagnosis of colorectal cancer, comprising the step of measuring the methylation level of one or more genes selected from the group consisting of NEK3 (NIMA related kinase 3), KSR1 (Kinase suppressor of ras 1), GALNT17 (Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) and BOC (BOC cell adhesion associated, oncogene regulated).
본 발명에서 상기 "생물학적 시료"란 조직, 세포, 혈액(전혈, 혈청, 혈장을 포함), 체액(타액, 객담 또는 뇨)와 같은 시료 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 혈액 또는 체액 시료일 수 있다.In the present invention, the term "biological sample" includes, but is not limited to, samples such as tissues, cells, blood (including whole blood, serum, and plasma), and body fluids (saliva, sputum, or urine). Preferably, it may be a blood or body fluid sample.
먼저, 피험자로부터 DNA를 수득하여 메틸화 수준을 측정하기 위하여, DNA의 수득은 당 업계에서 통상적으로 사용되는 페놀/클로로포름 추출법, SDS 추출법, CTAB 분리법 또는 상업적으로 판매되는 DNA 추출 키트를 이용하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.First, to obtain DNA from a subject and measure the methylation level, DNA can be obtained using the phenol/chloroform extraction method, SDS extraction method, CTAB separation method, or commercially available DNA extraction kit commonly used in the industry, but is not limited thereto.
상기 단계 (b)의 유전자의 메틸화 수준을 측정하는 단계는, PCR, 메틸화 특이 PCR(methylation specific PCR), 실시간 메틸화 특이 PCR(real time methylation specific PCR), MethyLight PCR, MehtyLight digital PCR, EpiTYPER, 메틸화 DNA 특이적 결합 단백질을 이용한 PCR, 정량 PCR, DNA 칩, 파이로시퀀싱, 바이설파이트 시퀀싱, 서던블롯법, RLGS법, SNuPE법, CpG 섬 마이크로어레이, single-nucleotide primer extension법, COBRA법 (a combined bisulfite-restriction analysis), MIRA법 (methylated-CpG island recovery assay), 질량 스펙트럼법 및 차세대 염기서열 시퀀싱으로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 수행될 수 있다.The step of measuring the methylation level of the gene in step (b) above can be performed by a method selected from the group consisting of PCR, methylation specific PCR, real-time methylation specific PCR, MethyLight PCR, MethyLight digital PCR, EpiTYPER, PCR using methylated DNA-specific binding protein, quantitative PCR, DNA chip, pyrosequencing, bisulfite sequencing, Southern blot, RLGS, SNuPE, CpG island microarray, single-nucleotide primer extension, COBRA (a combined bisulfite-restriction analysis), MIRA (methylated-CpG island recovery assay), mass spectroscopy, and next-generation sequencing.
본 발명의 일 양태에서, 상기 단계 (b)의 유전자의 메틸화 수준을 측정하는 단계는 비메틸화 시토신 염기를 변형시키는 화합물 또는 메틸화 민감성 제한효소, 유전자 CpG 부위의 메틸화된 서열에 특이적인 프라이머, 및 비메틸화된 서열에 특이적인 프라이머를 이용하여 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of measuring the methylation level of the gene in step (b) may be performed using a compound that modifies non-methylated cytosine bases or a methylation-sensitive restriction enzyme, a primer specific to the methylated sequence of the gene CpG site, and a primer specific to the non-methylated sequence.
보다 상세하게는, 수득된 시료 내 DNA를 비메틸화 시토신 염기를 변형시키는 화합물 또는 메틸화 민감성 제한효소로 처리하는 단계; 및More specifically, the step of treating DNA in a obtained sample with a compound that modifies non-methylated cytosine bases or a methylation-sensitive restriction enzyme; and
상기 처리된 DNA를 유전자 CpG 부위의 메틸화 부위를 증폭할 수 있는 프라이머를 이용하여 메틸화 특이적 중합효소반응(methylation-specific polymerase chain reaction), 실시간 메틸화 특이적 중합효소반응(real time methylation-specific polymerase chain reaction), 메틸화 DNA 특이적 결합 단백질을 이용한 PCR, 정량 PCR, 파이로시퀀싱 및 바이설파이트 시퀀싱으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상을 선택하여 메틸화 수준을 측정하는 단계에 의해 수행될 수 있다.The above-mentioned processed DNA can be measured by selecting one or more methods from the group consisting of methylation-specific polymerase chain reaction, real-time methylation-specific polymerase chain reaction, PCR using methylation DNA-specific binding proteins, quantitative PCR, pyrosequencing, and bisulfite sequencing using primers capable of amplifying methylation sites of gene CpG regions.
상기에서, 비메틸화 시토신 염기를 변형시키는 화합물은 바이설파이트일 수 있으며, 바람직하게는 소듐 바이설파이트일 수 있다. 이러한 바이설파이트를 이용하여 비메틸화 시토신 잔기를 변형시켜 유전자 메틸화 여부를 검출하는 방법은 당 업계에 널리 공지되어 있다.In the above, the compound that modifies the unmethylated cytosine base may be a bisulfite, preferably a sodium bisulfite. A method of detecting gene methylation by modifying unmethylated cytosine residues using such a bisulfite is widely known in the industry.
또한, 상기 메틸화 민감성 제한효소는 위에서 설명한 바와 같이, 특정 CpG 부위의 메틸화를 특이적으로 검출할 수 있는 제한효소로서 제한효소의 인식부위로 CG를 함유하는 제한효소일 수 있으며, 예를 들면, SmaI, SacII, EagI, HpaII, MspI, BssHII, BstUI, NotI 등이 있으며, 이에 제한되지 않는다.In addition, the above-mentioned methylation-sensitive restriction enzyme is a restriction enzyme capable of specifically detecting methylation of a specific CpG site as described above, and may be a restriction enzyme containing CG as a recognition site of the restriction enzyme, such as SmaI, SacII, EagI, HpaII, MspI, BssHII, BstUI, NotI, etc., but is not limited thereto.
상기 프라이머는 위에서 설명한 바와 같이, 메틸화 여부를 분석하는 대상이 되는 특정 CpG 부위의 서열에 따라 바람직하게 디자인될 수 있으며, 각각 메틸화되어 바이설파이트에 의해 변형되지 않았던 시토신을 특이적으로 증폭할 수 있는 프라이머쌍 및 메틸화되지 않아 바이설파이트에 의해 변형된 시토신을 특이적으로 증폭할 수 있는 프라이머 쌍일 수 있다.As described above, the primers can be preferably designed according to the sequence of a specific CpG site to be analyzed for methylation, and may be a primer pair capable of specifically amplifying cytosine that is methylated and not modified by bisulfite, and a primer pair capable of specifically amplifying cytosine that is not methylated and is modified by bisulfite.
메틸화 수준의 측정은, 당업계에 공지된 방법, 예를 들면 전기영동을 수행하여 원하는 위치의 밴드의 검출 여부에 따라서 수행될 수 있다. 예를 들면, 비메틸화 시토신 잔기를 변형시키는 화합물을 사용한 경우 두 종류의 프라이머쌍, 즉 메틸화되어 바이설파이트에 의해 변형되지 않았던 시토신을 특이적으로 증폭할 수 있는 프라이머쌍 및 메틸화되지 않아 바이설파이트에 의해 변형된 시토신을 특이적으로 증폭할 수 있는 프라이머쌍에 의해 각각 증폭된 PCR 결과물의 존부에 따라 메틸화 정도를 판단할 수 있다. 바람직하게, 샘플 게놈 DNA를 바이설파이트로 처리하고, 해당 유전자의 CpG 부위를 PCR로 증폭하고, 증폭된 부위의 염기서열을 분석하는 바이설파이트 게놈 시퀀싱 방법(예를 들어, 차세대 염기서열 시퀀싱, next-generation sequencing)을 사용하여 메틸화 여부를 판단할 수 있다.The measurement of the methylation level can be performed by methods known in the art, for example, by performing electrophoresis and determining whether a band at a desired location is detected. For example, when a compound that modifies non-methylated cytosine residues is used, the degree of methylation can be determined based on the presence or absence of PCR products amplified by two types of primer pairs: a primer pair capable of specifically amplifying cytosine that is methylated and not modified by bisulfite, and a primer pair capable of specifically amplifying cytosine that is not methylated and is modified by bisulfite. Preferably, the presence of methylation can be determined by using a bisulfite genome sequencing method (e.g., next-generation sequencing), which involves treating sample genomic DNA with bisulfite, amplifying the CpG region of the corresponding gene by PCR, and analyzing the nucleotide sequence of the amplified region.
또한, 제한효소를 이용한 경우에도 당업계에 공지된 방법, 예를 들어 mock DNA에서 PCR 결과물이 나타난 상태에서, 제한효소로 처리된 DNA에서 PCR 결과물이 있는 경우는 유전자가 메틸화된 것으로 판단하고, 제한효소로 처리된 DNA에서 PCR 결과물이 없는 경우는 유전자가 비메틸화 한 것으로 판단하는 것에 따라 그 메틸화 여부를 판단할 수 있으며, 이는 당업자에게 자명하다. 상기에서 mock DNA란 시료에서 분리되고 아무런 처리를 하지 않은 상태의 시료 DNA를 의미한다.In addition, even when using restriction enzymes, the presence of methylation can be determined by methods known in the art, for example, when a PCR result appears in mock DNA, if a PCR result appears in DNA treated with restriction enzymes, it is determined that the gene is methylated, and if no PCR result appears in DNA treated with restriction enzymes, it is determined that the gene is non-methylated; this is obvious to those skilled in the art. In the above, mock DNA refers to sample DNA that has been isolated from a sample and has not undergone any treatment.
본 발명의 상기 정보제공방법은 상기 피험자의 상기 유전자의 메틸화 수준과 대조군의 메틸화 수준을 비교하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 비교 결과 피험자의 상기 유전자의 메틸화 수준이 대조군과 비교해 감소되어 있는 경우 대장암으로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다. The information providing method of the present invention may additionally include a step of comparing the methylation level of the gene of the subject with the methylation level of a control group, and may be characterized by determining that the subject has colorectal cancer if, as a result of the comparison, the methylation level of the gene of the subject is reduced compared to the control group.
한편, 본 발명의 상기 방법은 상기 각 유전자의 메틸화 수준 또는 이의 조합을 대장암 발병여부 판별과 연관시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.Meanwhile, the method of the present invention may additionally include a step of associating the methylation level of each gene or a combination thereof with the determination of whether colorectal cancer develops.
즉, 상기 각 유전자의 메틸화 수준은 환자의 컨디션에 따라, 정량분석 수준에 편차가 있으므로, 상기 단백질의 단편적인 정량분석 수준만으로는, 우울증 발병여부 판별에 사용하기가 용이하지 않으므로, 상기 각 단백질의 정량분석 수준을 조합하여 분석함으로써, 우울증의 발병여부를 판별하는데 사용할 수 있다.That is, since the methylation level of each of the above genes varies depending on the patient's condition, the quantitative analysis level is not easily used to determine whether depression has developed based on only the fragmentary quantitative analysis level of the above proteins. Therefore, by analyzing the quantitative analysis levels of each of the above proteins in combination, it can be used to determine whether depression has developed.
상기 단백질에 대한 각각의 정량분석 결과를 조합하여 분석하는 방법의 일 예로서, 혈청시료에서 측정된 각 단백질의 정량분석수준을 단독으로 또는 조합하여 우울증 발병여부를 판별하는 방법을 사용할 수 있다.As an example of a method for analyzing by combining the results of quantitative analysis of each of the above proteins, a method for determining whether depression has developed can be used by using the quantitative analysis levels of each protein measured in a serum sample, either individually or in combination.
상기 유전자의 메틸화 수준 분석 결과를 조합하여 대장암을 판별하는 방법의 예로서, 통상적인 통계분석방법을 사용할 수 있다. 이때, 사용될 수 있는 통계분석방법은 특별히 이에 제한되지 않으나, 일 예로서, 선형 또는 비선형 회귀 분석방법; 선행 또는 비선형 classification 분석방법; ANOVA; 신경망 분석방법; 유전적 분석방법; 서포트 벡터 머신 분석방법; 계층 분석 또는 클러스터링 분석방법; 결정 트리를 이용한 계층 알고리즘, 또는 Kernel principal components 분석방법; Markov Blanket 분석방법; recursive feature elimination 또는 엔트로피-기본 recursive feature elimination 분석방법; 전방 floating search 또는 후방 floating search 분석방법 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.As an example of a method for determining colorectal cancer by combining the results of the analysis of the methylation levels of the above genes, conventional statistical analysis methods may be used. At this time, the statistical analysis methods that can be used are not particularly limited thereto, but as examples, linear or non-linear regression analysis methods; forward or non-linear classification analysis methods; ANOVA; neural network analysis methods; genetic analysis methods; support vector machine analysis methods; hierarchical analysis or clustering analysis methods; hierarchical algorithms using decision trees, or kernel principal components analysis methods; Markov Blanket analysis methods; recursive feature elimination or entropy-based recursive feature elimination analysis methods; forward floating search or backward floating search analysis methods, etc., may be used alone or in combination.
또한, 상기 각 유전자의 메틸화 수준 분석 결과의 조합은 상기 통계방법을 자동적으로 수행할 수 있는 컴퓨터 알고리즘을 이용하여 수행할 수도 있다.In addition, the combination of the analysis results of the methylation levels of each of the above genes may also be performed using a computer algorithm capable of automatically performing the above statistical method.
본 발명에 따른 각 메틸화 마커 또는 이들의 조합은 대장암의 발병 여부를 정확하게 진단하는데 매우 유용하게 활용될 수 있다.Each methylation marker or combination thereof according to the present invention can be very usefully utilized to accurately diagnose whether colorectal cancer has developed.
도 1은 본 발명의 실시예에서 선별된 4종의 대장암 특이적 메틸화 마커 1종 또는 2종 이상의 조합을 심층신경망(1a) 및 로지스틱 회귀분석(1b)으로 분석하여 대장암 진단능을 AUC값으로 나타낸 결과이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 선별된 4종의 대장암 특이적 메틸화 마커가 정상 샘플군과 비교했을 때 저메틸화되어 있는 정도를 히트맵(heatmap)으로 나타낸 결과이다.Figure 1 is the result of analyzing one or more combinations of two types of four types of colorectal cancer-specific methylation markers selected in an embodiment of the present invention using a deep neural network (1a) and logistic regression analysis (1b) to show the colorectal cancer diagnostic ability as an AUC value.
Figure 2 is a heatmap showing the degree of hypomethylation of four types of colorectal cancer-specific methylation markers selected in an embodiment of the present invention compared to a normal sample group.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.The present invention will be explained in detail below by the following examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention and do not limit the present invention.
암 특이적 마커 선별을 위해 대장암 샘플군과 대장암 샘플군, 그리고 정상 샘플군 간의 비교를 통해 분석을 진행하였다. To select cancer-specific markers, an analysis was conducted by comparing the colorectal cancer sample group with the normal sample group.
각 마커가 나타내는 값들은 IQR (InterQuartile Range) 평균값을 통해 정규화, Z-score를 통해 표준화를 진행하여 시퀀싱간에 발생 가능한 차이를 감소시켰다. 이후 각 마커에 대해서 암군과 정상군간에 t-test를 수행하여p-value 값을 구하였다. 이 중 저메틸화 관련 마커들만 선정하고, 그 중 상위 4개의 마커들을 선별하여 아래 표 1에 순서대로 나타냈다(표 1).The values represented by each marker were normalized using the mean of the InterQuartile Range (IQR) and standardized using Z-scores to reduce potential differences between sequencing. Subsequently, a t-test was performed between the cancer group and the normal group for each marker to calculate the p-value. Among these, only hypomethylation-related markers were selected, and the top four markers were chosen and are listed in order in Table 1 below (Table 1).
이후 머신러닝 모델 중 심층 신경망 (Deep Neural Network) 모델과 로지스틱 회귀 모델 (Logistic regression)을 사용하여 마커 조합의 성능 평가를 진행했다.Subsequently, the performance of marker combinations was evaluated using a Deep Neural Network and a Logistic Regression model among machine learning models.
도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 선별된 대장암의 마커들의 조합을 머신러닝 모델(신경심층망 모델(DNN) 및 회귀분석 모델)들을 이용하여 성능 평가를 진행한 결과, 한 개의 마커를 사용했을 때에 비하여 4개의 마커들이 조합되었을 때가 가장 높은 진단능을 나타냄을 확인할 수 있었다.As can be seen in Figure 1, the combination of the selected colorectal cancer markers was evaluated using machine learning models (deep neural network (DNN) and regression analysis models), and it was confirmed that the highest diagnostic ability was achieved when four markers were combined compared to when only one marker was used.
도 2에서는 선정된 마커들이 정상 샘플군과 비교했을 때 얼마나 저메틸화 되어있는지를 확인할 수 있다. 높은 값을 빨갛게, 낮은 값을 파란색으로 하는 heatmap으로 표현하였다.Figure 2 shows how hypomethylated the selected markers are compared to the normal sample group. It is represented as a heatmap with high values in red and low values in blue.
본 발명에 따른 각 메틸화 마커 또는 이들의 조합은 대장암의 발병 여부를 정확하게 진단하는데 매우 유용하게 활용될 수 있어 산업상 이용가능성이 매우 높다.Each methylation marker or combination thereof according to the present invention can be very usefully utilized to accurately diagnose whether colorectal cancer has developed, and thus has very high industrial applicability.
Claims (14)
A composition for diagnosing colorectal cancer comprising a preparation for measuring the methylation levels of NEK3 (NIMA related kinase 3), KSR1 (Kinase suppressor of ras 1), GALNT17 (Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) and BOC (BOC cell adhesion associated, oncogene regulated) genes.
A composition for diagnosing colorectal cancer according to claim 1, wherein the agent capable of measuring the methylation level is selected from the group consisting of a compound that modifies a non-methylated cytosine base, a methylation-sensitive restriction enzyme, a primer capable of amplifying a fragment containing a methylated base, a probe capable of hybridizing to a fragment containing a methylated base, a methylation-specific binding protein capable of binding to a methylated base, a methylation-specific binding antibody or aptamer, a methylation-sensitive restriction endonuclase, a sequencing primer, a sequencing biosynthesis primer, and a sequencing bioligation primer.
A composition for diagnosing colorectal cancer according to claim 1, characterized in that the methylation of the NEK3 gene is at the 52733728th base of chromosome 13, the methylation of the KSR1 gene is at the 25783763rd base of chromosome 17, the methylation of the GALNT17 gene is at the 70061252nd base of chromosome 7, and the methylation of the BOC gene is at the 112930505th base of chromosome 3.
A colorectal cancer diagnostic kit comprising the composition of any one of claims 1 to 3.
A kit according to claim 4, characterized in that the kit is selected from the group consisting of an RT-PCR kit, a microarray chip kit, a DNA kit, and a protein chip kit.
(b) NEK3(NIMA related kinase 3), KSR1(Kinase suppressor of ras 1), GALNT17(Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) 및 BOC(BOC cell adhesion associated, oncogene regulated) 유전자의 메틸화 수준을 측정하는 단계를 포함하는, 대장암 진단을 위한 정보제공방법.
(a) a step of extracting DNA from a biological sample of a subject; and
(b) a method for providing information for the diagnosis of colorectal cancer, comprising the step of measuring the methylation levels of NEK3 (NIMA related kinase 3), KSR1 (Kinase suppressor of ras 1), GALNT17 (Polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 17) and BOC (BOC cell adhesion associated, oncogene regulated) genes.
In claim 6, the information providing method is characterized by additionally including the step of comparing the methylation level of the genes of the subject with the methylation level of the control group.
A method of providing information according to claim 7, characterized by determining colorectal cancer when the methylation level of the genes of the subject is reduced compared to the control group.
A method for providing information according to claim 6, characterized in that the biological sample is one or more selected from the group consisting of a subject's tissue, cells, blood, plasma, urine, and body fluids.
In claim 6, the step of measuring the methylation level of the above genes is performed using a method selected from the group consisting of PCR, methylation specific PCR, real-time methylation specific PCR, MethyLight PCR, MethyLight digital PCR, EpiTYPER, PCR using a methylated DNA-specific binding protein, quantitative PCR, DNA chip, pyrosequencing, bisulfite sequencing, Southern blot, RLGS, SNuPE, CpG island microarray, single-nucleotide primer extension, COBRA (a combined bisulfite-restriction analysis), MIRA (methylated-CpG island recovery assay), mass spectroscopy, and next-generation sequencing.
A method for providing information according to claim 6, characterized in that the methylation of the NEK3 gene is at the 52733728th base of chromosome 13, the methylation of the KSR1 gene is at the 25783763rd base of chromosome 17, the methylation of the GALNT17 gene is at the 70061252nd base of chromosome 7, and the methylation of the BOC gene is at the 112930505th base of chromosome 3.
A method for providing information according to claim 6, characterized by additionally including a step of associating the methylation levels of the measured genes with the determination of whether colorectal cancer has developed.
In claim 12, the method of providing information is characterized in that the associated step is performed by combining the results of the methylation level analysis of the genes.
In claim 13, the combination of the above results is characterized by being performed using an analysis method selected from a group consisting of: a linear or non-linear regression analysis method; a leading or non-linear classification analysis method; ANOVA; a neural network analysis method (Deep neural network); a genetic analysis method; a support vector machine analysis method; a hierarchical analysis or clustering analysis method; a hierarchical algorithm using a decision tree, or a kernel principal components analysis method; a Markov Blanket analysis method; a recursive feature elimination or entropy-based recursive feature elimination analysis method; a forward floating search or backward floating search analysis method; and a combination thereof.
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