Cancer Biomarker Discovery
암은 전사체, 후성유전체, 단백질 변형과 같은 유전자 돌연변이로 인해 발생하는 다유전자 장애다. Biomarker는 이러한 유전자 변화를 조기에 발견하거나, 암의 진단 및 치료를 위해 유용하게 사용될 수 있다. 실제로 암이 발생했을 때, 종양 유전자 (e.g.
EGFR, HER2, KRAS)와 종양 억제 유전자 (e.g.
TP53, PTEN, PI3K)에 돌연변이가 발생됨을 확인하였고, 이를 biomarker로 실제 유방암, 난소암, 폐암, 전립선암의 치료에 활용하고 있다.
차세대 염기서열 분석법인 NGS 기술의 진화는 유전체 전체 혹은 수천 개의 돌연변이를 동시에 분석함으로써, biomarker의 검출 및 발견에 매우 효과적인 툴을 제공하고 있다. 이를 이용해 혈액, 소변, 침, 흉막 삼출액 및 뇌척수액과 같은 비침습성 액체 생검을 이용한 종양 유래 유전 정보를 확인함으로써, cancer biomarker를 다수 발굴할 수 있었다 (Siravenga
et al. 2017). 또한, circulating tumor DNA (ctDNA)의 분자적 분석 결과를 RNA, 단백질, EV (e.g. Exosome)을 포함하는 지질 등의 분석결과와 보완하여 활용할 수 있다.
최근 종양생물학계에서는 암세포 간의 유전자 및 생물학적 시그널을 전달하는 Extracellular vesicle (EV; e.g. exosome)의 중요성을 강조하고 있다. 암세포는 다양한 molecule을 포함하는 EV (e.g. exosome을 분비함으로써, 혈관 신생, 전이 형성, 항암제 저항성 등의 생물학적 변화를 유도한다. 따라서, EV (e.g. exosome)가 전달하는 miRNA와 같은 molecule을 분석하여, 새로운 cancer biomarker를 발견 가능성을 높이고 있다 (Sundararajan
et al. 2018).
Highlighted products - ThruPLEX® technology
다카라바이오는 혁신적인
ThruPLEX® 기술을 이용해 cancer biomarker 연구를
지원하고 있으며, 이를 이용해 cell-free DNA (cfDNA) 혹은 circulating tumor DNA (ctDNA)와 같이 체액 내에 존재하는 극소량의 DNA로부터 NGS library를 제작할 수 있다 (그림 1). 이 기술은 혈액 샘플에
효과적으로 적용할 수 있도록 최적화되었을 뿐 아니라, whole-exome sequencing 혹은 특이적 유전자 panel을 이용하는 다양한 target enrichment 플랫폼과 호환하여 사용할 수 있다.
Murtaza
et al., Xia
et al., and Patel
et al. 은 ThruPLEX
® 기술을 이용해 다양한 암의 액체 생검으로부터 획득한 ctDNA에서 항암제 저항성을 분석할 수 있음을 증명하였다.
그림 1. ThruPLEX®를 이용한 single-tube workflow
Create indexed libraries starting with cell-free DNA in three simple steps: end repair, adapter ligation, and high-fidelity library amplification. No purification or sample transfer steps are required.
The streamlined workflow is performed in two hours in a single tube or well, preventing sample loss and enhancing positive sample identification.
Highlighted products - Capturem™ technology
또한, 다카라바이오는 Capturem™ 기술을 이용한 EV (e.g. exosome) 추출 제품을 출시하여, Cancer biomarker 연구를 지원하고 있다.
Capturem™ EV Isolation Kit를 사용하면 다양한 체액 샘플 혹은 세포 배양 상층액 내에 존재하는 EV를 30분 내 매우 빠르고 쉽게 정제할 수 있다.
EV, 혈장, 혈청 등으로부터 얻은 small RNA (smRNA)는
SMARTer® smRNA-Seq Kit for Illumina®를 이용하여 최적으로 빠르게 NGS 분석할 수 있다. 실제로, Guelfi
et al.는 SMARTER smRNA-Seq Kit for Illumina
®로 miRNA를 분석하여 전립선 암 진단을 위한 비침습성 biomarker를 확인하였다.
[원문] Cancer biomarker discovery
[참고문헌]
- Siravegna G.
et al. Integrating liquid biopsies into the management of cancer.
Nat. Rev. Clin. Oncol. 14, 531-548 (2017).
- Sundararajan V.
et al. The versatile role of exosomes in cancer progression: diagnostic and therapeutic implications.
Cell. Oncol. 41, 223-252 (2018).
[참고문헌] ThruPLEX® 기술을 이용한 종양의 항암제저항성의 비침습성 검사
- Guelfi, G.
et al. Next generation sequencing of urine exfoliated cells: an approach of prostate cancer microRNAs research. Sci. Rep. 8, 7111 (2018).
- Mayrhofer, M.
et al. Cell-free DNA profiling of metastatic prostate cancer reveals microsatellite instability, structural rearrangements and clonal hematopoiesis.
Genome Med. 10, 85-98 (2018).
- Mouliere, F.
et al. Detection of cell-free DNA fragmentation and copy number alterations in cerebrospinal fluid from glioma patients.
EMBO. 12, e9323 (2018).
- Murtaza, M.
et al. Non-invasive analysis of acquired resistance to cancer therapy by sequencing of plasma DNA.
Nature 497, 108-112 (2013).
- Patel, K. M.
et al. Association of plasma and urinary mutant DNA with clinical outcomes in muscle invasive bladder cancer.
Sci. Rep. 7, 5554 (2017).
- Xia, Y.
et al. Copy number variations in urine cell free DNA as biomarkers in advanced prostate cancer.
Oncotarget 7, 35818-35831 (2016).
