(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
患者が両アレルのCEBPA変異を保有するか否かを、前記患者から得られた試料中において、表5に示される遺伝子からなる群から選択された、3、4、5、6、またはそれ以上の、少なくとも2個の遺伝子のセットの発現レベルを決定することによって決定するための方法。
【実施例】
【0038】
AML試料、mRNA分離、dHPLC分析、および塩基配列
de novoAML598症例の骨髄穿刺または末梢血試料を集め、芽球細胞を精製し、mRNAを以前に報告
12したように分離した。全CEBPAコード領域をdHPLCおよび核酸配列決定によって調べた。患者の特性および実験手順の詳細については下記を参照のこと。
【0039】
統計解析
生存率は、カプランメイヤー法に従って評価した。統計的有意性を評価するためにログランク検定を使用した。多変量解析はCox比例ハザードモデルを使用して行った。結果のパラメータおよび細胞遺伝学的リスクグループの定義は記載されたとおりである
13。さらなる詳細は以下に示す。
【0040】
遺伝子発現プロファイリング解析
遺伝子発現プロファイルは、アフィメトリクスHGU133Plus2.0のジーンチップを使用して得られた
12。データ処理および解析の詳細は以下に挙げる。
【0041】
材料と方法
患者の特性と分子解析
CEBPA変異をde novoAML598症例のコホートで評価した。524/598症例(表3)において、詳細な臨床および分子特性が利用できた。これらの524症例は、Dutch-Belgian Hemato-Oncology Cooperative Group (HOVON)−04、−10、−12、−29、−32、−42、または−43プロトコルにおいて登録されていた(http://www.hovon.nlにおいて利用可能である)。FLT3−ITD、FLT3−TKD、NPM1、N−RAS、およびK−RASについての逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT−PCR)および配列解析は以前に記載したように行った
1−3。
【0042】
CEBPAの変異の検出
相補的DNA(cDNA)を、スーパースクリプト逆転写酵素(Invitrogen)を使用して1μgのmRNAから生成した。CEBPAコード領域は3つの部分的に重複するアンプリコンに分けられる(
図1A)。3つのフラグメントについて(A、B、およびC)のプライマーは、表14に示されている。3つのフラグメントについてのPCR増幅は、0.5mMのdNTP、10%DMSO、2mMのMgCl
2、0.4mMフォワードプライマーおよびリバースプライマー、1×PCRバッファ、ならびに2.5ユニットのTaqポリメラーゼ(Invitrogen)を含む全量50μlの混合液中における2μlのcDNAを使用して行った。3つの反応の熱サイクル条件、すなわち、94℃5分間の変性、それに続いて、94℃1分間、56℃1分間、および72℃1分間を35サイクル、ならびに最後の72℃5分間の伸長工程、は同一とした。PCR増幅後、10μlのPCR産物をNB4細胞株のcDNAから得られた対応するPCR産物の10μlと混合した。ヘテロ2本鎖は、アプライドバイオシステムズジーンアンプPCRシステム9700において形成させた(95℃3分間、5%の傾斜で20℃に冷却、5分間20℃に維持、を2サイクル)。続いて、試料について、それぞれ65.4℃、66.4℃、および65.5℃の温度を使用して、トランスゲノミクスWAVEデバイスにおいて変性高速液体クロマトグラフィー(DHPLC)分析を行った。データは、トランスゲノミクスソフトウェアを使用して解析し、異常なピークは、独立して2人の研究者によって評価された。異常なピークを有する試料は、フォワードプライマーおよびリバースプライマーを使用して、アプライドバイオシステムズ3100において直接配列解析を行った。変異が見出された場合には、PCRに誘導される人為的結果を除外するために、新しい入力材料において第2解析を行った。
【0043】
dHPLCが単一のヘテロ接合体変異を明らかにしたAML症例では、第2の変異が見過ごされている可能性を除外するために、CEBPAコード領域を完全に配列決定した。N末端変異の3症例(#4336、#5362、および#5364)では、この追加の分析は、さらなるbZIP型変異を明らかにした。これらの3症例のうちの2症例は、基本的な領域
4における保存されたアミノ酸の置換をもたらすと予測された単一のヌクレオチド変化であった。
【0044】
dHPLCによって明らかに陰性の場合は、以下のようにさらにスクリーニングした。CEBPAのN末端部分は、以前に記載したプライマー2および10を使用して核酸配列解析した
5。明らかな異常がある場合、基本的なロイシンジッパードメインにおける挿入または欠失は、以前に記載したエチジウムブロマイドアガロースゲル電気泳動、およびそれに続く核酸配列解析(プライマー4および8)を使用して検出した
5。
【0045】
【表14】
【0046】
統計解析
統計解析は、Statistical Package for the Social Sciences(SPSS)ソフトウェア、バージョン16.0を使用して行った。全ての患者は、導入療法を受け、生存解析に含めた。全生存(OS、任意の原因による死亡に対して)および無イベント生存(EFS、1日目に完全寛解の無い症例における不全[CR1]、または再発、または死亡に対して)の数理計算上の確率は、カプランマイヤー法によって推定され、その有意性はログランク検定によって評価した。Cox比例ハザードモデルを多変量解析に適合させた。細胞遺伝学的リスクグループ(良好、中間、または劣悪)は以前に記載したように定義した
1。簡潔には、inv(16)/t(16;16)、t(8;21)、およびt(15;17)異常を有する患者は、さらなる細胞遺伝学的異常の存在に関わりなく、良好なリスクカテゴリに属しているとみなされた。これらは細胞遺伝学的には正常であるにも関わらず、RQ−PCRによって異常が識別された少数の場合を含む。劣悪なカテゴリは、良好なリスク細胞遺伝学的特性の非存在下において、−5/del(5q)、−7del(7q)、t(6;9)、t(9;22)、3q26t異常、または複雑核型(3つ以上の異常)が存在することによって定義した。その他の全ての患者は、中間リスクとして分類した。全てのテストは2回行い、0.05未満のP値を統計的に有意とみなした。
【0047】
CEBPA変異が遺伝子発現に関連するか否かを調べるために、我々はAML524症例(CEBPA
double−mut26症例およびCEBPA
single−mut12症例を含む)のGEPデータを検討した。AMLの臨床特性および分子特性は、表3および4に示されている。目的変数ありのアプローチである、Prediction Analysis for Microarray(PAM)
17を使用して、我々は、CEBPA変異(
図1C)についての特性が予測できる19のプローブセットを得た。この区分は、高い特異性(99%)を示したが、交差検定において限られた感度(67%)を示した。 驚くべきことに、誤分類は、ほぼ完全にCEBPA
single−mut症例によるものであったが、一方、CEBPA
double−mutAMLは、ほぼ完璧な精度で予測された(
図1C)。これに伴い、我々は100%の交差検定感度で21のプローブセットから構成される、特定のCEBPA
double−mut分類を得ることができた(表5)。さらに、選択された変異体集団からのGEPデータの目的変数なしの分析は、変異状態と関連する根元的な変化を確かなものとした。
【0048】
次に我々は、我々の観察が臨床結果の違いに関連するかどうかを評価した。以前のデータに伴い、全生存(OS)および無イベント生存(EFS)は、野生型CEBPA(CEBPA
wt)と比較してCEBPA
mut症例が優れていた(
図1D、
図3)。しかし、2変異集団についての個別の分析は、CEBPA
double−mut症例について良好な結果を明らかにしたが、CEBPA
single−mut症例について同じものを見出すことはできなかった(
図1EおよびG)。実際には、CEBPA
single−mutAMLは、CEBPA
double−mut症例よりも顕著に悪い結果を示した。これらの知見は、多変量解析(表1)に保持された。60歳未満の患者のみを考慮した場合、同様の結果が認められた(
図1F、表1)。同様に、細胞遺伝学的に正常なAMLの選択された集団における、OSとEFSとにおける顕著な相違がCEBPA
double−mutAMLとCEBPA
single−mutAMLとの間に観察された(
図1G、表1)。
【0049】
我々の症例集団における以前の解析
3に基づき、また、調査に基づいて、CEBPA
double−mut症例の大多数の調査された症例において両方のアレルは、影響を受けた可能性がある。したがって、受け入れやすい仮説は、野生型CEBPAのmRNAの欠失がCEBPA
double−mut遺伝子発現プロファイルに直接関与していることである。多数の患者の一連の解析は、本明細書に示唆された分類のさらなる改良につながる可能性がある。例えば、我々のデータは、DNA結合に直接関与し、潜在的に2重変異と識別されにくいbZIP領域の変異を有するCEBPA
single−mut症例の傾向を示す(症例#7185、#7324、#2237;(
図1C)。
【0050】
最新の研究は、CEBPA変異と結果が関連付けられている
3、4、9、18が、単一および2重変異体への細分化を採用していない。何故、CEBPA
double−mutが、単一の変異よりも良好な結果を有するのかは不明である。1つの説明は、単一の変異は白血病のために十分ではなく、さらなる変異が必要であるかもしれないことである。この仮説を支持する可能性として、我々は、CEBPA
double−mut症例と比較して、CEBPA
single−mutにおいてFLT3−ITD、FLT3−TKD、およびNPM1変異を顕著に見出した(表4)。現時点では知られていない異常は、同様にCEBPA
single−mutAMLに関連付けられてもよく、比較的劣った結果になりやすくなる。しかし、これらの知見およびそれらの臨床的重要性は、AMLの独立系列においてさらなる調査および確認を正当化することは明らかであると考えられる。
【0051】
要約すると、本明細書に示されたデータは、CEBPA変異AMLが単一の生物学的および臨床群であると考えるべきではなく、少なくともCEBPA
double−mutおよびCEBPA
single−mutの存在によって識別されるべきであろうことを示す。我々は、dHPLCを用いたスクリーニング、それに続く塩基配列解析が迅速に変異症例を識別できることを示唆する。第2に、分類に基づく遺伝子発現は、例えば、本明細書に記載された分類を使用して、CEBPA
double−mutAML症例の正確な識別を可能にするであろう。
【0052】
U133Plus2ジーンチップ遺伝子発現プロファイリング分析
マイクロアレイの生データを100の強度値を対象としてアフィメトリクスマイクロアレイスイート5(MAS5)を使用して処理した。30以下の強度は30に設定し、続いて全てのデータをlog2転換した。
【0053】
CEBPA
mutおよびCEBPA
double−mutの遺伝子発現の分類は、Rバージョン2.1.0におけるPrediction Analysis for Microarrays(PAM)
6バージョン1.28を使用して得た。最短収縮重心法(method of nearest shrunken centroids)は、予め定義された分類を最も特徴付ける遺伝子の集団を識別する。良好な実施ガイドライン
7、8に従って、利用可能な全てのデータは、分類の構築のために使用され、推定された予測性能は、以下のように交差検定に基づいた。PAMは、第1にAML524症例の全てのデータセットに基づいて分類を調整するために使用した。次に、収縮率の選択(ただ最も有益な遺伝子を使用するのみのために)と同様に分類性能の評価は、変異状態に関してバランスの取れた10分割へのデータのランダムな分割を含む10分割交差検定を使用して行った。各分割は、残りの9分割に向けられた分類のための独立した検証として1回使用した。誤って分類された症例の最小数はその後決定され、対応する収縮閾値を記録した。さらに、感度および特異性を算出した。この10分割ランダム交差検定の全ての手順を100回繰り返した。報告された最終的な分類は、100交差検定以上の中央閾値を使用して収縮後に残ったプローブセットを表す。報告された最終的な感度および特異性は、100交差検定を超える平均を表す。CEBPA
mut分類の基準は、最小の全誤分類率(すなわち、最小の偽陽性+偽陰性)とした。報告されたCEBPA
double−mut分類の基準は、2重変異試料の最小誤分類(すなわち、最小偽陰性)とした。
【0054】
主成分分析は、Spotfire Decision Site(Spotfire, Inc., Somerville, MA)を使用して行った。分析する前に、全てのプローブセットについてデータは中央平均化した。
【0055】
AMLプロファイラを用いたCEBPA
double−mut解析
U133Plus2ジーンチッププラットフォームで得られた結果のうちCEBPA
double−mutの検出に加えて、我々は、このプラットフォーム用に最適化するためにAMLプロファイラを使用して前記598AML症例の505症例をハイブリダイズした。また、我々は、事前にフィルタリングした遺伝子発現レベルを追加することで手順のパフォーマンスを向上させた。正規化、スケーリング、インピュテーション、強度の中央平均化、およびlog2変換後、最初の基準は、全てのCEBPA
double−mutがCEBPA遺伝子自体のために特定の閾値を超える遺伝子発現を有することである。次に、LDA分類は、試料がCEBPA
double−mutであるか否かを決定する。このことは、これまでのところ最も効率的な方法であることが示された。使用された配列の詳細は、様々な表において提供される。
【0056】
これらの結果は、分類遺伝子の選択が、本明細書において識別された遺伝子の発現レベルを決定するために使用されるプラットフォームから独立していることを示す。したがって、本特許出願の教示は、全てのプラットフォームに拡張し得る。しかし、依然としてU133Plus2ジーンチッププラットフォームおよびAMLプロファイラプラットフォームが好ましい。
【0057】
AMLプロファイラジーンチップ遺伝子発現プロファイリング解析
マイクロアレイの生データは、1500の強度値を対象としてアフィメトリクスマイクロアレイスイート5(MAS5)を使用して処理した。30よりも低い強度は30に設定し、続いて全てのデータをlog2転換した。データは各プローブについて中央平均化した。全てのコンピュータ解析は、R(www.r - project.org、バージョン2.9.2)またはMatlab(www.mathworks.com、バージョンR2009a)を使用して行った。
【0058】
CEBPA
double−mutの状態を検出する手順は、2つの連続するステップで構成される(
図4を参照)。第1ステップでは、閾値以下のCEBPA発現を有する試料は、全て非2重変異体として予測される。第2ステップでは、分類は、CEBPA
double−mut対非CEBPA
double−mutを予測するために調整される(線形分類、LDA、Dabney et al., Bioinformatics, 2005)。目下のところ、第1ステップで選択した閾値の異なる2つの手順が好ましく、結果的に第2ステップにおいてわずかに異なる分類を有する(
図5を参照)。
【0059】
2重ループクロスバリデーションプロトコルに基づいて(DLCV、Wessels et al., Bioinformatics, 2005)、我々は分類のための遺伝子の最適なセットを決定した。このDLCVは、外側ループにおいて26分割、および内側ループにおいて10分割交差検定をそれぞれ100回繰り返して実行した。プローブは、一変量(t検定、等分散)で評価し、学習曲線は、最大50プローブについて構築した。分類は、偽陽性率/偽陰性率の平均が最小になるように最適化した。報告された最終的な特性をDLCVにおいて推定された数多くの特徴を使用して全ての試料を使用して得た。
【0060】
手順1について、我々は、全ての超メチル化試料が閾値を大きく下回るようなt=0.9295の閾値を選択した(
図6を参照)。続いて、7個の遺伝子の分類セットを本発明に係る方法において使用した。両方の試料および遺伝子を階層的にクラスタ化し(
図6を参照)、PCAプロットを構築した(
図7を参照)。また、表9は、広範な注釈を付した7個のプローブを挙げる。
【0061】
手順2について、我々は閾値t=−0.9532を選択した。我々は、分類のために9個の遺伝子のセットの最適化を決定した。両方の試料および遺伝子を階層的にクラスタ化し(
図8を参照)、PCAプロットを構築した(
図9を参照)。また、表10は、広範な注釈を付した9個のプローブを挙げる。
【0062】
実施例の参考文献
1. Verhaak RG, Goudswaard CS, van Putten W, et al. Mutations in nucleophosmin (NPM1) in acute myeloid leukemia (AML): association with other gene abnormalities and previously established gene expression signatures and their favorable prognostic significance. Blood. 2005;106:3747-3754.
2. Valk PJ, Bowen DT, Frew ME, Goodeve AC, Lowenberg B, Reilly JT. Second hit mutations in the RTK/RAS signaling pathway in acute myeloid leukemia with inv(16). Haematologica. 2004;89:106.
3. Care RS, Valk PJ, Goodeve AC, et al. Incidence and prognosis of c-KIT and FLT3 mutations in core binding factor (CBF) acute myeloid leukaemias. Br J Haematol. 2003;121:775-777.
4. Vinson CR, Sigler PB, McKnight SL. Scissors-grip model for DNA recognition by a family of leucine zipper proteins. Science. 1989;246:911-916.
5. Barjesteh van Waalwijk van Doorn-Khosrovani S, Erpelinck C, Meijer J, et al. Biallelic mutations in the CEBPA gene and low CEBPA expression levels as prognostic markers in intermediate-risk AML. Hematol J. 2003;4:31-40.
6. Tibshirani R, Hastie T, Narasimhan B, Chu G. Diagnosis of multiple cancer types by shrunken centroids of gene expression. Proc Natl Acad Sci U S A. 2002;99:6567-6572.
7. Simon R. Roadmap for developing and validating therapeutically relevant genomic classifiers. J Clin Oncol. 2005;23:7332-7341.
8. Dupuy A, Simon RM. Critical review of published microarray studies for cancer outcome and guidelines on statistical analysis and reporting. J Natl Cancer Inst. 2007;99:147-157.
【0063】
本文記載の参考文献
1. Zhang DE, Zhang P, Wang ND, Hetherington CJ, Darlington GJ, Tenen DG. Absence of granulocyte colony-stimulating factor signaling and neutrophil development in CCAAT enhancer binding protein alpha-deficient mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 1997;94:569-574.
2. Zhang P, Iwasaki-Arai J, Iwasaki H, et al. Enhancement of hematopoietic stem cell repopulating capacity and self-renewal in the absence of the transcription factor C/EBP alpha. Immunity. 2004;21:853-863.
3. Barjesteh van Waalwijk van Doorn-Khosrovani S, Erpelinck C, Meijer J, et al. Biallelic mutations in the CEBPA gene and low CEBPA expression levels as prognostic markers in intermediate-risk AML. Hematol J. 2003;4:31-40.
4. Frohling S, Schlenk RF, Stolze I, et al. CEBPA mutations in younger adults with acute myeloid leukemia and normal cytogenetics: prognostic relevance and analysis of cooperating mutations. J Clin Oncol. 2004;22:624-633.
5. Gombart AF, Hofmann WK, Kawano S, et al. Mutations in the gene encoding the transcription factor CCAAT/enhancer binding protein alpha in myelodysplastic syndromes and acute myeloid leukemias. Blood. 2002;99:1332-1340.
6. Pabst T, Mueller BU, Zhang P, et al. Dominant-negative mutations of CEBPA, encoding CCAAT/enhancer binding protein-alpha (C/EBPalpha), in acute myeloid leukemia. Nat Genet. 2001;27:263-270.
7. Nerlov C. C/EBPalpha mutations in acute myeloid leukaemias. Nat Rev Cancer. 2004;4:394-400.
8. Leroy H, Roumier C, Huyghe P, Biggio V, Fenaux P, Preudhomme C. CEBPA point mutations in hematological malignancies. Leukemia. 2005;19:329-334.
9. Preudhomme C, Sagot C, Boissel N, et al. Favorable prognostic significance of CEBPA mutations in patients with de novo acute myeloid leukemia: a study from the Acute Leukemia French Association (ALFA). Blood. 2002;100:2717-2723.
10. Schlenk RF, Dohner K, Krauter J, et al. Mutations and treatment outcome in cytogenetically normal acute myeloid leukemia. N Engl J Med. 2008;358:1909-1918.
11. Lin LI, Chen CY, Lin DT, et al. Characterization of CEBPA mutations in acute myeloid leukemia: most patients with CEBPA mutations have biallelic mutations and show a distinct immunophenotype of the leukemic cells. Clin Cancer Res. 2005;11:1372-1379.
12. Valk PJ, Verhaak RG, Beijen MA, et al. Prognostically useful gene-expression profiles in acute myeloid leukemia. N Engl J Med. 2004;350:1617-1628.
13. Verhaak RG, Goudswaard CS, van Putten W, et al. Mutations in nucleophosmin (NPM1) in acute myeloid leukemia (AML): association with other gene abnormalities and previously established gene expression signatures and their favorable prognostic significance. Blood. 2005;106:3747-3754.
14. Wouters BJ, Louwers I, Valk PJ, Lowenberg B, Delwel R. A recurrent in-frame insertion in a CEBPA transactivation domain is a polymorphism rather than a mutation that does not affect gene expression profiling-based clustering of AML. Blood. 2007;109:389-390.
15. Resende C, Regalo G, Duraes C, Carneiro F, Machado JC. Genetic changes of CEBPA in cancer: mutations or polymorphisms? J Clin Oncol. 2007;25:2493-2494; author reply 2494-2495.
16. Biggio V, Renneville A, Nibourel O, et al. Recurrent in-frame insertion in C/EBPalpha TAD2 region is a polymorphism without prognostic value in AML. Leukemia. 2008;22:655-657.
17. Tibshirani R, Hastie T, Narasimhan B, Chu G. Diagnosis of multiple cancer types by shrunken centroids of gene expression. Proc Natl Acad Sci U S A. 2002;99:6567-6572.
18. Bienz M, Ludwig M, Leibundgut EO, et al. Risk assessment in patients with acute myeloid leukemia and a normal karyotype. Clin Cancer Res. 2005;11:1416-1424.
19. Wouters BJ, Jorda MA, Keeshan K, et al. Distinct gene expression profiles of acute myeloid/T-lymphoid leukemia with silenced CEBPA and mutations in NOTCH1. Blood. 2007;110:3706-3714.