KR20150043790A - Extracting method for biomarker for diagnosis of biliary tract cancer, computing device therefor, biomarker for diagnosis of biliary tract cancer, and biliary tract cancer diagnosis device comprising same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 담도암 진단용 바이오마커의 추출 방법 및 이를 위한 컴퓨팅 장치, 그리고 담도암 진단용 바이오마커 및 이를 포함하는 담도암 진단 장치를 개시한다. 더욱 구체적으로 본 발명은 혈액 또는 조직에서 수득한 마이크로 RNA를 이용한 담도암 진단용 바이오마커의 추출 방법 및 이를 위한 컴퓨팅 장치, 그리고 담도암 진단용 바이오마커 및 이를 포함하는 담도암 진단 장치를 개시한다.The present invention discloses a method for extracting a biomarker for biliary cancer diagnosis, a computing device for the same, and a biomarker for biliary cancer diagnosis and a biliary cancer diagnosis apparatus comprising the same. More specifically, the present invention discloses a method for extracting a biomarker for diagnosis of biliary cancer using microRNA obtained from blood or tissue, a computing device for the same, and a biomarker for diagnosis of biliary cancer and a biliary cancer diagnostic apparatus comprising the same.
Description
본 발명은 담도암 진단용 바이오마커의 추출 방법 및 이를 위한 컴퓨팅 장치, 그리고 담도암 진단용 바이오마커 및 이를 포함하는 담도암 진단 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 혈액 또는 조직에서 수득한 마이크로 RNA를 이용한 담도암 진단을 위한 바이오마커 의 추출 방법 및 이를 위한 컴퓨팅 장치, 그리고 담도암 진단용 바이오마커 및 이를 포함하는 담도암 진단 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for extracting a biomarker for biliary cancer diagnosis, a computing apparatus for the same, and a biomarker for diagnosis of biliary cancer and a biliary cancer diagnostic apparatus comprising the same. More particularly, the present invention relates to a method for extracting biomarkers for diagnosis of biliary cancer using microRNAs obtained from blood or tissues, a computing device for the method, and a biomarker for diagnosis of biliary cancer and a device for diagnosing biliary cancer.
담관은 간에서 만들어지는 담즙을 십이지장으로 보내는 관으로서, 간 속에서 나뭇가지가 하나의 가지를 향해 모이듯이 서서히 합류하면서 굵어지며, 간에서 나올 때에 좌우의 담관이 대부분 하나로 합류하게 된다. 담관은 간 속을 지나는 간내 담관과 간을 벗어나 십이지장까지 이어지는 간외 담관으로 나뉜다. 간외 담관 중 담즙을 일시적으로 저장하여 농축하는 주머니를 담낭이라 부르며, 이들 간내외 담관과 담낭을 통틀어 담도라고 부른다. The bile duct is a tube that sends the bile made from the liver to the duodenum. When the branches come out from the liver, most of the left and right bile ducts join together as the branches gather together toward one branch. The bile ducts are divided into intrahepatic bile ducts passing through the liver and extrahepatic bile ducts extending to the duodenum. The gallbladder is called the gallbladder, and the bile ducts inside and outside the bile duct are called bile ducts.
담도암은 담관암이라고도 하며, 담관의 상피에서 발생하는 악성종양으로서 발생 부위에 따라 간내 담도암과 간외 담도암의 두 종류로 나뉘는데, 일반적으로 담도암이라고 하면 주로 간외 담관에 발생한 암을 가리킨다. 본 명세서에서는 달리 지시되지 않는 한 간내 담도암 및 간외 담도암을 모두 지칭한다.Cholangiocarcinoma, also called cholangiocarcinoma, is a malignant tumor arising in the epithelium of the bile duct, and can be divided into two types according to the site of onset: intrahepatic bile duct cancer and extrahepatic bile duct cancer. Generally, biliary cancer refers to cancer that occurs mainly in extrahepatic bile ducts. Refer to both intrahepatic bile duct cancer and extrahepatic bile duct cancer unless otherwise indicated herein.
담도암은 주위의 조직에 스며들듯이 퍼지는 일이 많고, 명료한 종양 덩어리를 형성하지 않으므로, 그 덩어리를 정확하게 확인하고 진단하는 것은 쉽지 않다. 최근에는 화상진단기술이 발달함에 따라 복부 초음파검사, 컴퓨터단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI), 경피경간담도조영(PTC), 경피경간담도배액술(PTBD), 내시경 역행성 담췌관 조영술(ERCP) 또는 혈관조영검사 등의 기술을 이용해 담도암을 진단하고 있다. 그러나 이러한 화상진단기술은 진단에 고비용이 들고 복잡하며, 사실상 조기 진단용으로는 소용이 없기 때문에, 특히 조기 진단을 위한 담도암 진단용 바이오마커의 개발이 절실하다. It is not easy to accurately identify and diagnose cholangiocarcinoma because it spreads as it penetrates into surrounding tissues and does not form a clear tumor mass. Recently, with the development of diagnostic imaging technology, abdominal ultrasonography, computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), percutaneous transluminal cholangiography (PTC), percutaneous spinal biliary drainage (PTBD), endoscopic retrograde cholangiopancreatography ERCP), or angiography, to diagnose bile duct cancer. However, since these diagnostic techniques are expensive and complicated to diagnose and virtually no useful for early diagnosis, development of a biomarker for diagnosis of biliary cancer for early diagnosis is urgent.
이와 관련하여, 지난 20년 동안 다른 암종에 대한 수십 개의 바이오마커가 나왔으나, 담도암의 바이오마커는 아직까지 상용화되어 있는 것이 없는 실정이다.In this regard, over the past two decades, there have been dozens of biomarkers for other carcinomas, but biomarkers for bile duct cancer have not yet been commercialized.
한편, 마이크로 RNA(micro RNA, miRNA)란 약 17 내지 25개의 뉴클레오타이드(nucleotide)로 구성된 짧은 단일 가닥 비-암호화(non-coding) RNA 분자를 의미한다. 마이크로 RNA는 표적 mRNA(유전자)의 전사 과정을 방해하거나, mRNA를 분해하게 함으로써, 단백질 생산 유전자 발현을 조절하는 것으로 알려져 있다. 마이크로 RNA는 조직 내에서뿐만 아니라 혈액 속에도 존재하는 것으로 알려져 있다. On the other hand, microRNA (miRNA) refers to a short single-stranded non-coding RNA molecule composed of about 17 to 25 nucleotides. MicroRNAs are known to regulate the expression of protein-producing genes by interfering with the transcription of target mRNA (gene) or degrading mRNA. MicroRNAs are known to exist not only in tissues but also in blood.
또한, 취급 및 진단 상의 용이성을 위해 조직 또는 혈액 샘플을 이용한 바이오마커의 개발이 필요하다. 특히 혈액 샘플이 유리하다. In addition, development of biomarkers using tissue or blood samples is required for ease of handling and diagnosis. Blood samples are particularly advantageous.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 혈액 또는 조직에서 수득한 마이크로 RNA를 이용한 담도암 진단을 위한 바이오마커의 추출 방법 및 이를 위한 컴퓨팅 장치를 제공하고자 한다. 또한, 본 발명에서는 담도암 진단용 바이오마커 및 이를 포함하는 담도암 진단용 장치를 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for extracting biomarkers for diagnosis of biliary cancer using microRNAs obtained from blood or tissues, and a computing device therefor. In addition, the present invention provides a biomarker for biliary cancer diagnosis and a device for diagnosing bile cancer comprising the biomarker.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.
본 발명의 일예에 따른 담도암 진단용 바이오마커 추출 방법은, 마이크로 RNA와 유전자 사이 상보 결합 정도를 수치화한 인터랙션 점수를 연산하는 단계; 상기 인터랙션 점수가 높은 n 개의 마이크로 RNA 및 유전자 페어를 결정하는 단계; 및 상기 n 개의 마이크로 RNA 및 유전자 페어 중 담도암 환자에게서 특이발현되는 유전자와 공통되는 유전자의 페어인 마이크로 RNA를 추출하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for extracting biomarkers for diagnosis of biliary cancer, the method comprising: calculating an interaction score obtained by quantifying the degree of complementarity between a microRNA and a gene; Determining n microRNAs and gene pairs having a high interaction score; And extracting microRNAs that are a pair of genes common to the genes specifically expressed in the biliary cancer patients among the n microRNAs and gene pairs.
본 발명의 일예에 따른 담도암 진단용 바이오마커는 생물학적 시료로서 조직을 사용하고, hsa-miR-21-5p, hsa-miR-93-5p, hsa-miR-106b-5p, hsa-miR-155-5p, hsa-miR-181a-5p, hsa-miR-200a-3p, hsa-miR-200b-3p, hsa-miR-222-3p, 및 hsa-miR-331-3p를 포함한다.Hi-miR-93-5p, hsa-miR-106b-5p, hsa-miR-155-p, and hsa-miR- 5p, hsa-miR-181a-5p, hsa-miR-200a-3p, hsa-miR-200b-3p, hsa-miR-222-3p and hsa-miR-331-3p.
본 발명의 일예에 따른 담도암 진단용 바이오마커는 생물학적 시료로서 혈액을 사용하고, hsa-miR-21-5p, hsa-miR-93-5p, hsa-miR-106b-5p, hsa-miR-155-5p, hsa-miR-181a-5p, 및 hsa-miR-222-3p를 포함한다.Hi-miR-93-5p, hsa-miR-106b-5p, hsa-miR-155-p, and hsa-miR-15-5p using blood as a biological sample, 5p, hsa-miR-181a-5p, and hsa-miR-222-3p.
본 발명의 일예에 따른 담도암 진단을 위한 장치는 상술한 바이오마커를 포함한다. An apparatus for diagnosing a bile duct cancer according to an embodiment of the present invention includes the above-described biomarker.
본 발명에서 제시하는 해결 수단은 이상에서 언급한 해결 수단들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 해결 수단들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The solutions proposed by the present invention are not limited to the above-mentioned solutions, and other solutions not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. It will be possible.
본 발명에서는 높은 특이성 및 민감성을 갖춘 담도암의 진단용 바이오마커를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 담도암 진단용 바이오마커를 발굴하는 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a diagnostic biomarker for bile duct cancer having high specificity and sensitivity. In addition, the present invention can provide a method for discovering a biomarker for diagnosis of bile duct cancer.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 효과들은 이상에서 언급한 기술적 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects to be achieved by the present invention are not limited to the technical effects mentioned above, and other technical effects which are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description It will be possible.
도 1은 본 발명에 따른 컴퓨팅 장치의 블록도이다.
도 2는 miRNA와 유전자 사이의 인터랙션 점수를 연산하는 것의 일예를 설명하기 위한 개념도다.
도 3은 인터랙션 점수의 연산 방법의 흐름도이다.
도 4는 유사도 데이터베이스를 이용하여 유사 miRNA 및 특정 유전자 사이의 상관관계 값을 연산하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 유사도 데이터베이스를 이용하여 유사 miRNA 및 유전자 사이의 상관관계 값을 연산하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 miRNA 클러스터 데이터베이스를 이용하여 인접 miRNA 및 특정 유전자 사이의 상관관계 값을 연산하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 miRNA 클러스터 데이터베이스를 이용하여 인접 miRNA 및 특정 유전자 사이의 가중치 값을 연산하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 전사인자 데이터베이스를 이용하여 특정 miRNA 및 전사조절 유전자 사이의 상관관계 값을 연산하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 전사인자 데이터베이스를 이용하여 특정 miRNA 및 전사조절 유전자 사이의 가중치 값을 연산하는 방법의 흐름도이다.
도 10은 바이오마커 발굴용 통합 분석 알고리즘을 기초로 담도암 환자용 바이오마커를 발굴하는 방법의 흐름도이다.
도 11은 데이터 GSE32957을 이용한 계층적 군집분석 결과를 히트 맵(Heat Map)으로 도시한 것이다.
도 12는 차세대 유전체 시퀀싱의 구체적인 활용예 중의 하나인 스몰 RNA 시퀀싱 데이터 분석에 관한 개념도이다.
도 13은 본 발명에 따라, 조직 샘플에서 발현되는 9개의 마이크로 RNA의 발현 양상을 나타내는 차세대 유전체 시퀀싱 데이터를 이용한 계층적 군집 분석 결과를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명에 따라, 혈액 샘플에서 발현되는 6개의 마이크로 RNA의 발현 양상을 나타내는 차세대 유전체 시퀀싱 데이터를 이용한 계층적 군집 분석 결과를 도시한 도면이다.1 is a block diagram of a computing device in accordance with the present invention.
Fig. 2 is a conceptual diagram for explaining an example of calculating an interaction score between miRNA and gene.
3 is a flowchart of a method of calculating an interaction score.
4 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating a correlation value between a similar miRNA and a specific gene using a similarity database.
5 is a flowchart of a method of calculating correlation values between similar miRNAs and genes using a similarity database.
6 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating a correlation value between a neighboring miRNA and a specific gene using the miRNA cluster database.
7 is a flowchart of a method of calculating a weight value between adjacent miRNAs and specific genes using the miRNA cluster database.
8 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating a correlation value between a specific miRNA and a transcription regulatory gene using a transcription factor database.
FIG. 9 is a flow chart of a method for calculating a weight value between a specific miRNA and a transcription regulatory gene using a transcription factor database.
10 is a flowchart of a method for discovering biomarkers for biliary cancer patients based on an integrated analysis algorithm for digging biomarkers.
11 shows a hierarchical cluster analysis result using the data GSE 32957 as a heat map.
FIG. 12 is a conceptual diagram for analysis of small RNA sequencing data, which is one of specific examples of use of next generation dielectric sequencing.
13 is a diagram illustrating hierarchical cluster analysis results using next generation genome sequencing data showing the expression pattern of nine microRNAs expressed in a tissue sample according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating hierarchical cluster analysis results using next generation genome sequencing data showing the expression patterns of six microRNAs expressed in a blood sample according to the present invention. FIG.
이하, 본 발명과 관련된 컴퓨팅 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, a computing apparatus related to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.
본 발명에서는 바이오마커 발굴용 통합 분석 알고리즘을 적용한 컴퓨팅 장치(100) 및 상기 컴퓨팅 장치(100)를 통해 발굴된 바이오마커를 개시한다. 여기서, 설명하는 컴퓨팅 장치(100)는 개인용 컴퓨터, 워크 스테이션, 수퍼 컴퓨터 등 전자 회로를 이용한 고속의 연산 처리 장치를 포함할 수 있다. 비단, 컴퓨터, 워크 스테이션, 수퍼 컴퓨터 등의 고정형 장치가 아니더라도, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit)를 포함하고 연산 처리를 수행할 수 있는 스마트 폰, PDA, 랩탑 등의 이동형 장치도 컴퓨팅 장치에 포함될 수 있다. The present invention discloses a computing device (100) using an integrated analysis algorithm for biomarker digging and a biomarker discovered through the computing device (100). Here, the
도 1은 본 발명에 따른 컴퓨팅 장치의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 컴퓨팅 장치(100)는 저장부(110), 사용자 입력부(120), 통신부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다. 1 is a block diagram of a computing device in accordance with the present invention. 1, a
저장부(110)는 제어부(140)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 데이터베이스 등)을 임시 저장할 수도 있다. 나아가 저장부(110)는 통신부(130)가 통신을 수행하면서 송수신하는 데이터들을 저장할 수도 있다. The
저장부(110)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 저장부(110) 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 저장부, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. The
사용자 입력부(120)는 사용자로부터 사용자 입력을 수신하는 역할을 수행한다. 사용자 입력부(120)는 키보드, 마우스 등을 포함할 수 있다. The
통신부(130)는 통신을 통해 외부로부터 데이터를 수신하거나 외부로 데이터를 송신하는 역할을 수행한다. 본 발명에 의한 통신부(130)는 원격 서버로부터 각종 데이터베이스를 수신하는 역할을 수행할 수 있다.The
제어부(140)는 컴퓨팅 장치(100)의 전반적인 동작을 제어하고, 각종 연산을 수행한다. 본 발명에 의한 제어부(140)는 후술할 인터랙션 점수 및 상관관계 값 등을 연산하고, 담도암 진단용 바이오마커를 추출하기 위한 연산을 수행할 수 있다.The
본 발명에 의한 컴퓨팅 장치(100)는 정보의 출력을 위한 디스플레이부(150)를 더 포함할 수도 있다. 디스플레이부(150)는 사용자의 입력을 표시하고, 제어부(140)의 연산 결과를 출력하는 출력 장치로의 역할을 수행할 수 있다. 디스플레이부(150)는 컴퓨팅 장치(100)를 보조하는 모니터 등의 장치일 수 있다.The
상기와 같이 설명된 컴퓨팅 장치(100)는 하술될 실시예들의 구성과 방법이 한정되어 적용될 수 있는 것이 아니라, 하기 실시예들의 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The
상술한 컴퓨팅 장치(100)를 이용하여, 담도암 진단용 바이오마커 발굴 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.The biomarker detection method for biliary cancer diagnosis using the above-described
본 발명에서 설명하는 바이오마커 발굴용 통합 분석 알고리즘은 차등 발현 유전자(Differentially Expressed Genes) 분석 알고리즘과 마이크로 RNA 표적 유전자 분석 알고리즘이 병합되어 구성된 형태일 수 있다. The integrated analysis algorithm for exploring the biomarkers described in the present invention may be a combination of a differential expression gene analysis algorithm and a microRNA target gene analysis algorithm.
먼저 차등 발현 유전자 알고리즘에 대해 설명하기로 한다. 차등 발현 유전자 알고리즘은 담도암 환자에게서 정상인과 다르게 과발현(over-expression)되거나, 저발현(low-expression)되는 유전자를 통계적으로 유의미하게 찾아내기 위한 알고리즘으로써, 다양한 요인들을 고려할 수 있는 고급 통계 방법 중 하나인 선형 모형(linear model)을 이용하여 정상인 그룹과 환자 그룹을 구분할 수 있는 유전자들을 찾는 것을 목적으로 한다(참고문헌 Statistical Applications in Genetics and Molecular Biology, Vol. 3, No. 1, Article 3).First, the differential expression genetic algorithm will be described. Differential expression genetic algorithms are algorithms for statistically finding genes that are overexpressed or under-expressed in biliary cancer patients differently from normal individuals. One linear model is used to find genes that can distinguish between normal and patient groups (References Statistical Applications in Genetics and Molecular Biology , Vol. 3, No. 1, Article 3).
차등 발현 유전자 분석 알고리즘은 크게 데이터 표준화(normalization) 단계와 통계 분석 단계로 구분될 수 있다. 데이터 표준화 단계는 정상인 그룹과 환자 그룹으로부터 얻어진 인간의 전체 유전자에 대한 마이크로어레이 데이터를 통합하고 보정하는 단계이다. 데이터 표준화를 위해, 로버스트 멀티 칩 평균(Robust Multichip Average, RMA) 알고리즘이 이용될 수 있다(참고문헌 Biostatistics, Vol. 4, No. 2, 249-264).Differential gene analysis algorithms can be broadly divided into data normalization and statistical analysis. The data normalization step is a step of integrating and correcting microarray data on the entire human gene obtained from normal and patient groups. For data normalization, a Robust Multichip Average (RMA) algorithm can be used (see Biostatistics , Vol. 4, No. 2, 249-264).
통계분석 단계는 표준화된 데이터를 선형모형을 이용하여 두 그룹(즉, 정상인 그룹과 환자 그룹) 사이에서 통계적으로 유의미하게 발현량에 차이가 나는 유전자를 선별하는 단계이다. 통계적 유의 확률은 FDR (False Discovery Rate) 방법(참고문헌 Journal of the Royal Statistical Society , Series B ( Methodological ), Vol. 57, No. 1, 289-300)을 이용하여 보정된 p-value인 q-value가 0.01 이하인 유전자를 선택할 수 있다. The statistical analysis step is a step of selecting a gene having a statistically significant difference in the expression level between two groups (that is, a normal group and a patient group) using the standardized data using a linear model. Statistical probability method (False Discovery Rate) FDR (Reference Journal of the Royal Statistical Society , Series B ( Methodological ) , Vol. 57, No. 1, 289-300) can be used to select genes with a corrected q-value of 0.01 or less.
본 발명의 컴퓨팅 장치(100)는 담도암 진단용 바이오마커를 발굴하기 위해, 차등 발현 유전자 분석 알고리즘을 이용한 담도암 환자에게서 특이발현(과발현 또는 저발현)되는 유전자 목록을 이용할 수 있다. 차등 발현 유전자 분석 알고리즘을 이용하여 담도암 환자에게서 특이발현되는 유전자 목록을 발굴하는 것은 이미 공지의 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The
다음으로 마이크로 RNA 표적 유전자 분석 알고리즘에 대해 설명하기로 한다. 본 발명에서 설명하는 마이크로 RNA 표적 유전자 분석 알고리즘은 기존의 마이크로 RNA 데이터베이스에서 얻어진 마이크로 RNA 표적 유전자 예측 계산값, 마이크로어레이 실험을 통해 얻어진 마이크로 RNA와 유전자의 발현양상에 대한 상관관계 계산값 및 생물학적 메커니즘에 따른 가중치 계산값 중 적어도 하나를 이용하여 마이크로 RNA의 표적 유전자를 정확하게 찾아내는 통계 방정식을 제공하기 위한 것이다.Next, the microRNA target gene analysis algorithm will be described. The microRNA target gene analysis algorithm described in the present invention is based on the microRNA target gene prediction calculated value obtained from the existing microRNA database, the calculated correlation value between the microRNA and the expression pattern of the gene obtained through the microarray experiment, and the biological mechanism And a weight calculation value according to the weight of the microRNA.
이하에서는, 마이크로 RNA 표적 유전자 예측 계산값(또는 인터랙션 점수), 상관관계 계산값 및 가중치 계산값의 연산 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위해, 본 발명에서 miRNA 및 gene이라 기재된 것은 각각 마이크로 RNA 및 유전자와 동등한 의미인 것으로 가정한다. Hereinafter, the calculation method of the microRNA target gene prediction calculation value (or interaction score), the correlation calculation value, and the calculation value of the weight calculation value will be described in detail. For convenience of explanation, it is assumed that miRNAs and genes described in the present invention are equivalent to microRNAs and genes, respectively.
마이크로 Micro RNARNA 표적 유전자 Target gene 예측값Predicted value 연산 calculate
본 발명에 따른 컴퓨팅 장치(100)는 마이크로 RNA와 이의 표적 유전자 사이의 상보 결합 정도를 수치화한 인터랙션 점수(Interaction Score)를 연산할 수 있다. 인터랙션 점수를 통해 마이크로 RNA와 이의 표적 유전자 사이의 상보 결합이 발생할 가능성의 고저를 판단할 수 있다. 후술되는 도면을 참조하여 인터랙션 점수의 연산 방법에 대해 상세히 설명한다.The
도 2는 miRNA와 유전자 사이의 인터랙션 점수를 연산하는 것의 일예를 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 인터랙션 점수의 연산 방법의 흐름도이다. FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining an example of calculating an interaction score between a miRNA and a gene, and FIG. 3 is a flowchart of a method of calculating an interaction score.
도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저, 컴퓨팅 장치(100)는 적어도 하나 이상의 miRNA 타겟 예측(miRNA Target Prediction) 툴을 이용하여 miRNA와 유전자 사이의 예측 점수(Prediction score)를 통계화한 데이터 베이스를 획득할 수 있다(S310). Referring to FIGS. 2 and 3, first, the
miRNA 타겟 예측 툴은 표적 유전자와, 상기 표적 유전자에 상보적으로 결합하여 표적 유전자가 단백질로 만들어지는 과정을 억제할 수 있는 miRNA 페어(pair)의 결합의 정도를 수치화한 소프트웨어적 툴을 의미할 수 있다. 유전자-miRNA 페어들의 예측 점수를 획득하기 위한 miRNA 타겟 예측 툴로는, Targetscan, miRDB, DIANA-microT, PITA, miRanda MicroCosm, RNAhybrid, PicTar, RNA22 등이 포함될 수 있다. 각각의 miRNA 타겟 예측 툴에 대한 간략한 설명이 표 1에 기재되어 있다.The miRNA target prediction tool may be a software tool that quantifies the degree of binding of a target gene and an miRNA pair capable of inhibiting the process of making a target gene complementary to the target gene, have. Examples of miRNA target prediction tools for obtaining prediction scores of gene-miRNA pairs include Targetscan, miRDB, DIANA-microT, PITA, miRanda MicroCosm, RNAhybrid, PicTar, RNA22 and the like. A brief description of each miRNA target prediction tool is provided in Table 1.
타겟 예측 툴을 이용하면, miRNA와 상보 결합할 수 있는 다양한 유전자 사이의 예측 점수가 스코어링 될 수 있다. 예측 점수가 작을수록 miRNA와 유전자 사이의 상보 결합 가능성이 낮아지는 것을 의미할 수 있다. With a target prediction tool, predictive scores between various genes that can complement complementary miRNAs can be scored. The smaller the predictive score, the lower the likelihood of complementary binding between miRNA and gene.
타겟 예측 툴은 본 발명에 의한 컴퓨팅 장치(100)에 의해 구동되고, 제어부(140)의 연산 처리에 의해 miRNA-유전자 페어의 예측 점수를 통계화한 데이터 베이스가 획득될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 의한 컴퓨팅 장치(100)는 타겟 예측 툴을 이용하는 원격의 서버로부터 miRNA-유전자 페어의 예측 점수를 통계화한 데이터 베이스를 획득할 수도 있다.The target prediction tool may be driven by the
miRNA-유전자 페어 사이의 예측 점수의 신뢰성을 높이기 위해, 하나의 타겟 예측 툴을 이용하는 것 보다 복수의 타겟 예측 툴을 이용하여 복수의 데이터베이스를 획득하는 것이 바람직하다. 도 2에서는 타겟 예측 툴로, PITA, DIANA-microT, TargetScan, MicroCosm, miRDB 및 miRanda가 이용된 것으로 예시되었다.In order to increase the reliability of the predictive score between miRNA-gene pairs, it is desirable to acquire a plurality of databases using a plurality of target prediction tools rather than using one target prediction tool. In FIG. 2, PITA, DIANA-microT, TargetScan, MicroCosm, miRDB, and miRanda are used as target prediction tools.
복수의 타겟 예측 툴을 이용하여, miRNA-유전자 페어의 예측 점수를 통계화한 복수의 데이터 베이스를 획득한 경우, 데이터베이스의 정규화(normalization)하기 위해, 제어부(140)는 miRNA-유전자 페어의 예측 점수의 순위를 기초로, 정규화된 점수를 연산할 수 있다(S320).When a plurality of databases obtained by statistically predicting the predicted scores of the miRNA-gene pairs are obtained by using a plurality of target prediction tools, the
표 1에 도시된 예에서와 같이, miRNA 타겟 예측 툴이 이용하는 정보들이 다르고, 각 데이터베이스마다 예측 점수를 매기는데 서로 다른 단위가 적용될 수 있기 때문에, 복수의 데이터 베이스를 이용하고자 하는 경우 이의 정규화가 필수적이라 할 것이다. miRNA-유전자 페어의 예측 점수를 정규화 하기 위해, 제어부(140)는 각 데이터베이스별로 miRNA-유전자 페어들의 예측 점수를 기준으로 순위를 매긴 뒤, 이를 표준 점수로 변환하고, 각 데이터베이스에서의 miRNA-유전자 페어들의 표준 점수를 합하여 정규화된 점수를 획득할 수 있다. 수학식 1은 정규화된 점수를 획득하는데 이용되는 수학식을 예시한 것이다.As in the example shown in Table 1, since information used by the miRNA target prediction tool is different and different units can be applied for assigning a prediction score to each database, if a plurality of databases are to be used, normalization thereof is indispensable . In order to normalize the predictive score of the miRNA-gene pair, the
상기 수학식 1에서, i는 i번째 데이터 베이스, n은 데이터 베이스의 개수(일예로, 도 2에서는 6개의 예측 툴을 통해 6개의 데이터 베이스를 획득하였으므로, n은 6으로 설정될 수 있을 것임), Ti는 i번째 데이터 베이스에서 miRNA-유전자 페어의 총 개수, Ri,j는 i번째 데이터베이스에서, j번째 miRNA-유전자 페어의 순위를 의미하는 것일 수 있다. In Equation (1), i is an i-th database and n is a number of databases (for example, n = 6, since six databases are acquired through six prediction tools in Fig. 2) , T i is the total number of miRNA-gene pairs in the i-th database , and R i, j is the rank of the j-th miRNA-gene pair in the i-th database.
예컨대, 100개의 miRNA-유전자 페어가 존재하는 제 1 데이터베이스에서, miRNA1-gene1 페어의 예측 점수가 100개의 페어 중 20위에 해당한다면, 제 1 데이터베이스에 miRNA1-gene1 페어의 표준 점수는 (100+1-20)/100=0.81 이 될 것이다. 제어부(140)는, 제 2 내지 제 n 데이터베이스에서 miRNA1-geng1 페어의 표준 점수를 합하여, miRNA1-gene1 페어의 정규화 점수를 연산할 수 있다.For example, in a first database in which there are 100 miRNA-gene pairs, if the predicted score of the miRNA1-gene1 pair is 20 out of 100 pairs, then the standard score of the miRNA1-gene1 pair in the first database is (100 + 1- 20) /100=0.81. The
이후, 제어부(140)는 정규화 점수를 기초로, 특정 유전자에 대한 miRNA 들의 순위 및 특정 miRNA에 대한 유전자들의 순위를 매길 수 있다(S330). Thereafter, the
예컨대, gene1과 상보결합 가능한 miRNA가 miRNA1, miRNA3, miRNA4 일때, 제어부(140)는 gene1-miRNA1, gene1-miRNA3 및 gene1-miRNA4 각각의 정규화 점수를 기초로, gene1과의 상보적인 결합력이 강한(즉, 정규화 점수가 높은) 순서대로 miRNA의 순위를 결정할 수 있다. 도 2에서는 miRNA1-gene1 사이의 정규화 점수가 0.4이고, miRNA3-gene1 사이의 정규화 점수가 0.6으로 설정되어, gene1에 대해 miRNA1은 두 번째 순위를 갖고, miRNA3은 첫 번째 순위를 갖는 것으로 예시되었다.For example, when the miRNAs capable of complementary binding with
이와 같은 방법으로 특정 miRNA에 대한 유전자들의 순위를 결정할 수 있다. 예컨대, miRNA1과 상보결합 가능한 gene이 gene1 및 gene3인 경우, 제어부(140)는 miRNA1-gene1 및 miRNA1-gene3 각각의 정규화 점수를 기초로, miRNA1과의 상보적인 결합력이 강한(즉, 정규화 점수가 높은) 순서대로 gene의 순위를 결정할 수 있다. 도 2에서는 miRNA1-gene1 사이의 정규화 점수가 0.4이고, miRNA1-gene3 사이의 정규화 점수가 0.5로 설정되어, miRNA1에 대해 gene1은 두 번째 순위를 갖고, gene3은 첫 번째 순위를 갖는 것으로 예시되었다.In this way, the ranking of genes for a particular miRNA can be determined. For example, when the genes capable of complementary binding with miRNA1 are gene1 and gene3, the
이후, 제어부(140)는 유전자 및 miRNA 들의 순위를 기초로, 유전자-miRNA 사이의 인터랙션 점수(Interaction Score)를 연산할 수 있다(S340). 수학식 2는 인터랙션 점수를 연산하기 위해 이용되는 수학식을 예시한 것이다.Thereafter, the
상기 수학식 2에서, tmi는 i번째 miRNA의 유전자와의 페어의 수(number of miRNAi-gene), tgj는 j번째 gene의 miRNA와의 페어의 수(number of genej-miRNA), rmi는 j번째 유전자에 대한 i번째 miRNA의 정규화 점수 순위, rgj는 i번째 miRNA에 대한 j번째 유전자의 정규화 점수 순위를 의미할 수 있다. In Equation (2), t mi is the number of pairs of the i-th miRNA with the gene (number of miRNA i -gene), t gj is the number of gene j- miRNA pair with the miRNA of the jth gene, r mi is a ranking score of the i-th miRNA for the j-th gene, and rgj is the ranking score of the j-th gene for the i-th miRNA.
상관관계 연산Correlation operation
상술한 타겟 miRNA 예측 툴이 인체의 모든 miRNA 및 모든 유전자와 관련된 데이터베이스를 갖고 있지는 않다. 본 발명에서는 miRNA 사이의 유사도, miRNA 사이의 주변 영향력 및 유전자 들의 전사인자 등을 이용하여, 타겟 miRNA 예측 툴로부터 예측될 수 없는 다양한 miRNA 및 유전자 들의 인터랙션 점수를 획득할 수도 있다.The above-mentioned target miRNA prediction tool does not have a database related to all miRNAs and all genes in the human body. In the present invention, it is possible to obtain interaction points of various miRNAs and genes that can not be predicted from a target miRNA prediction tool, using similarity among miRNAs, surrounding influence between miRNAs, and transcription factors of genes.
실시예 1 - 상관관계에 기인한 가중치 연산Example 1 - Weight calculation due to correlation
본 발명에 의한 컴퓨팅 장치(100)는 마이크로어레이 실험을 통해 얻어진 특정 miRNA와 특정 유전자의 발현 양상에 대한 상관관계 값을 획득하고, 특정 miRNA와 유사한 유사 miRNA와 특정 유전자 사이의 상관관계 값을 예측할 수 있다. 후술되는 도면을 참조하여, 유사 miRNA와 특정 유전자 사이의 상관관계 값의 연산에 대해 상세히 설명한다.The
도 4는 유사도 데이터베이스를 이용하여 유사 miRNA 및 특정 유전자 사이의 상관관계 값을 연산하는 방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 유사도 데이터베이스를 이용하여 유사 miRNA 및 유전자 사이의 상관관계 값을 연산하는 방법의 흐름도이다. FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating a correlation value between a similar miRNA and a specific gene using a similarity database, FIG. 5 is a diagram illustrating a method of calculating a correlation value between a miRNA and a gene using a similarity database Fig.
먼저, 마이크로어레이 실험을 통해 얻어진 유전자 발현 프로파일(Genes Expression Profiles) 및 miRNA 발현 프로파일(miRNAs Expression Profiles)을 포함하는 실험 데이터가 입력되면(S510), 제어부(140)는 입력된 실험 데이터를 기초로, 특정 miRNA와 특정 유전자 사이의 상관관계(Correlation)를 연산할 수 있다(S520). First, when experimental data including gene expression profiles (Genes Expression Profiles) and miRNA expression profiles (miRNAs Expression Profiles) obtained through microarray experiments are inputted (S510), the
우선적으로 마이크로어레이 실험에 대해 설명하면, 유전자 마이크로어레이(microarray)란, 생명체의 유전자 전체 또는 일부에 대해 유전자 발현 양을 측정할 수 있는 도구로서, DNA 마이크로어레이라고도 한다. 유전자 마이크로어레이의 도입으로 유전자의 관찰 능력이 개개 유전자 수준에서 생명체 전체로 확장되어, 생명체를 하나의 시스템으로 연구할 수 있다. 또한 유전자 마이크로어레이는 기본적으로 기존의 유전자 검출 기법을 병렬화해서 대규모로 수행하는 것이므로, 데이터를 처리하고 분석하는 방식에도 획기적인 변화를 가져왔다. 유전자 마이크로어레이의 수행 방법은 일반적으로 먼저 1㎠ 정도의 슬라이드 표면에 수천 내지 수만 종류의 유전자 서열을 고정시킨 후, 다양한 실험 조건에서 채취한 세포의 RNA를 추출하고 DNA로 역전사하여 형광 물질로 표지한다. 이어서, 표지된 DNA를 마이크로어레이에 혼성화(hybridization)시키고, 이를 스캐닝하여 이미지로 형상화한 후 이미지 분석 프로그램으로 유전자 위치마다 형광 물질에 따른 발색 강도를 측정함으로써, 유전자 발현 여부 및 발현 정도를 수학, 통계 그리고 컴퓨터 공학과 같은 정보학을 이용하여 정량화된 유전자 발현 수치 데이터와 대조 분석한다.Explaining the microarray experiment first, a gene microarray is also called a DNA microarray as a tool for measuring the amount of gene expression in whole or part of a living organism. With the introduction of gene microarrays, the ability to observe genes can be extended to whole organisms at the level of individual genes, enabling life to be studied as a system. In addition, since gene microarrays are basically performed on a large scale by parallelizing existing gene detection techniques, there has also been a dramatic change in the way data is processed and analyzed. The gene microarray is generally performed by first immobilizing several thousands to tens of thousands of gene sequences on a slide surface of about 1
위와 같은 마이크로어레이 실험을 통해, 특정 miRNA와 특정 유전자 사이의 발현 정도가 수치화 될 수 있다. 특정 miRNA와 특정 유전자 사이의 상관관계는 피어슨 상관관계(Pearson's Correlation)로, 특정 유전자의 발현량 증가에 따른, 특정 miRNA의 발현량의 증감의 상대량을 나타내는 것일 수 있다.Through such microarray experiments, the degree of expression between a specific miRNA and a specific gene can be quantified. The correlation between a specific miRNA and a specific gene may be Pearson's correlation, which represents the relative amount of increase or decrease in the expression level of a specific miRNA as the expression level of a specific gene increases.
이후, 컴퓨팅 장치(100)는 miRNA 유사도 데이터베이스(miRNA Similarity DataBase)를 이용하여 특정 miRNA와 유사한 유사 miRNA의 유사도값을 획득할 수 있다(S530). miRNA 유사도 데이터베이스는 miRNA 사이의 기능적 유사도를 수치화한 유사도 값을 포함할 수 있다. miRNA 유사도 데이터베이스는 이미 공지된 BLAST 또는 BLAT 툴을 통해 획득된 것일 수 있다. Then, the
이후, 컴퓨팅 장치(100)는 유사도 값을 이용하여 유사 miRNA와 특정 유전자 사이의 상관관계를 연산할 수 있다(S540). 유사 miRNA와 유전자 사이의 가중치를 연산하는 데에는 유사도 값을 이용한 선형 회귀 분석(Linear regression model)이 사용될 수 있다.Then, the
실시예 2 - miRNA 주변 영향력을 고려한 상관관계 연산Example 2 - Correlation operation considering miRNA surrounding influence
본 발명에 따른 컴퓨팅 장치(100)는 특정 miRNA와 클러스터를 형성하는 인접 miRNA에 대한 상관관계 값을 연산할 수도 있다. miRNA들 사이의 영향력을 고려하여 상관관계 값을 연산하는 것에 대해서는 후술되는 도면을 참조하기로 한다. The
도 6은 miRNA 클러스터 데이터베이스를 이용하여 인접 miRNA 및 특정 유전자 사이의 상관관계 값을 연산하는 방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 7은 miRNA 클러스터 데이터베이스를 이용하여 인접 miRNA 및 특정 유전자 사이의 가중치 값을 연산하는 방법의 흐름도이다. FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating a correlation value between an adjacent miRNA and a specific gene using the miRNA cluster database, and FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a method of calculating a weight value between adjacent miRNAs and specific genes using the miRNA cluster database And the like.
먼저, 마이크로어레이 실험을 통해 얻어진 유전자 발현 프로파일(Genes Expression Profiles) 및 miRNA 발현 프로파일(miRNAs Expression Profiles)을 포함하는 실험 데이터가 입력되면(S710), 제어부(140)는 입력된 실험 데이터를 기초로, 특정 miRNA와 특정 유전자 사이의 상관관계(Correlation)를 연산할 수 있다(S720). First, when experimental data including gene expression profiles (Genes Expression Profiles) and miRNA expression profiles (miRNAs Expression Profiles) obtained through microarray experiment are input (S710), the
이후, 컴퓨팅 장치(100)는 miRNA 클러스터 데이터베이스(miRNA Cluster DataBase)를 이용하여 실험 데이터로 입력된 특정 miRNA와 영향력 있는 유효 거리 이내에 위치하는 인접 miRNA를 추출할 수 있다(S730). miRNA 클러스터 데이터베이스는 miRNA 들 사이의 거리 데이터를 포함하는 것으로, 컴퓨팅 장치(100)는 특정 miRNA과 10kb(kilobase) 이내에 위치하는 miRNA가 영향력 있는 유효 거리에 있는 것으로 판단할 수 있다. 다만, 유효 거리가 반드시 10kb로 설정되어야 하는 것은 아니며, 이는 선택에 따라 얼마든지 달라질 수 있다.Thereafter, the
이후, 컴퓨팅 장치(100)는 특정 miRNA와 영향력 있는 유효 거리 이내에 인접 위치하는 인접 miRNA과 유전자 사이의 상관관계 값 연산할 수 있다(S740). 일예로, 도 6에 도시된 예에서, miRNAl이 miRNAi의 인접 miRNA일 경우, 컴퓨팅 장치(100)는 miRNAl-genem에 대한 상관관계 값을 연산할 수 있다. After that, the
실시예 3 - 전사인자(Transcription Factor)를 고려한 상관관계 연산Example 3 - Correlation Operation Considering Transcription Factor
본 발명에 따른 컴퓨팅 장치(100)는 유전자들 사이의 전사인자를 고려하여 상관관계 값을 연산할 수 있다. 유전자들 사이의 전사인자를 고려하여 상관관계 값을 연산하는 것에 대해서는 후술되는 도면을 참조하기로 한다.The
도 8은 전사인자 데이터베이스를 이용하여 특정 miRNA 및 전사조절 유전자 사이의 상관관계 값을 연산하는 방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 9는 전사인자 데이터베이스를 이용하여 특정 miRNA 및 전사조절 유전자 사이의 가중치 값을 연산하는 방법의 흐름도이다. FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating a correlation value between a specific miRNA and a transcription regulatory gene using a transcription factor database, and FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating the relationship between a specific miRNA and a transcription regulatory gene Fig.
먼저, 마이크로어레이 실험을 통해 얻어진 유전자 발현 프로파일(Genes Expression Profiles) 및 miRNA 발현 프로파일(miRNAs Expression Profiles)을 포함하는 실험 데이터가 입력되면(S910), 제어부(140)는 입력된 실험 데이터를 기초로, 특정 miRNA와 특정 유전자 사이의 상관관계(Correlation)를 연산할 수 있다(S920). First, when experimental data including gene expression profiles (Genes Expression Profiles) and miRNA expression profiles (miRNAs Expression Profiles) obtained through microarray experiment are inputted (S910), the
이후, 컴퓨팅 장치(100)는 전사인자 데이터베이스(Transcription Factor DataBase)로부터 특정 유전자의 전사조절 부위 DNA에 특이적으로 결합하여 특정 유전자의 전사를 활성화시키거나 억제하는 전사조절 유전자의 존부를 확인할 수 있다(S930). Thereafter, the
특정 유전자의 전사조절 유전자가 존재하면, 컴퓨팅 장치(100)는 전사조절 유전자와 miRNA 사이의 상관관계 값을 연산할 수 있다(S940). 일예로, 도 8에 도시된 예에서, genem의 전사조절 유전자가 genen 인 경우, 컴퓨팅 장치(100)는 miRNAa-genen 사이의 상관관계 값을 기초로, miRNAa-genem 사이의 상관관계 값을 연산할 수 있다.If a transcriptional regulatory gene of a particular gene is present, the
실시예 1 내지 3을 통해 연산된 상관관계 값을 기초로, 컴퓨팅 장치(100)는 유사 miRNA의 유전자에 대한 인터랙션 점수, 인접 miRNA의 유전자에 대한 인터랙션 점수, 전사조절 유전자의 miRNA에 대한 인터랙션 점수를 연산할 수 있다.Based on the correlation values computed in Examples 1-3, the
마이크로 RNA 표적 유전자 분석 알고리즘을 통해 miRNA-유전자 사이의 인터랙션 점수가 도출되면, 컴퓨팅 장치(100)는 차등 발현 유전자 분석 알고리즘을 이용한 담도암 환자의 특이 발현 유전자 목록을 이용하여 바이오마커를 검출할 수 있다. Once the miRNA-gene interaction score is derived through the microRNA target gene analysis algorithm, the
상술한 바이오마커 발굴용 통합 분석 알고리즘을 기초로 담도암 환자용 바이오마커를 분석하는 방법에 대해 상세히 설명한다.A method for analyzing a biomarker for biliary cancer patients based on the above-described integrated analysis algorithm for digging biomarkers will be described in detail.
도 10은 바이오마커 발굴용 통합 분석 알고리즘을 기초로 담도암 환자용 바이오마커를 발굴하는 방법의 흐름도이다. 설명의 편의를 위해, 컴퓨팅 장치(100)는 이후 차등 발현 유전자 분석 알고리즘을 이용한 담도암 환자에게서 정상인과 다르게 특이발현(예컨대, 과발현 또는 저발현)되는 유전자 목록을 저장하고 있는 상태라 가정한다. 10 is a flowchart of a method for discovering biomarkers for biliary cancer patients based on an integrated analysis algorithm for digging biomarkers. For convenience of explanation, the
도 10을 참조하면, 컴퓨팅 장치(100)는 마이크로 RNA 표적 유전자 분석 알고리즘을 이용하여 miRNA-유전자 사이의 인터랙션 점수를 연산할 수 있다(S1010). 인터랙션 점수를 연산하는 단계는 앞서 도 4 내지 도 9를 통해 설명한 바와 같으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. Referring to FIG. 10, the
이후, 컴퓨팅 장치(100)는 인터랙션 점수가 상위 n 번째 이내인 miRNA-유전자 페어를 선택하고(S1020), 선택된 miRNA-유전자 페어에서의 유전자와 차등 발현 유전자 분석 알고리즘을 기초로 담도암 환자에게서 정상인과 다르게 특이발현되는 유전자 목록의 교집합의 페어인 miRNA의 세트를 담도암 진단용 바이오마커로 결정할 수 있다(S1030). 즉, 인터랙션 점수가 높으면서 차등 발현 유전자 분석 알고리즘에서도 담도암 환자에게서 정상인과 다르게 특이발현되는 유전자의 페어인 miRNA의 세트를 담도암 진단용 바이오마커로 결정할 수 있다. Thereafter, the
또 다른 예로, 컴퓨팅 장치(100)는 miRNA-유전자 페어의 인터랙션 점수가 높은 순으로 m 개의 유전자를 결정하고, 차등 발현 유전자 분석 알고리즘을 기초로 담도암 환자에게서 정상인과 다르게 특이발현되는 유전자 목록의 교집합의 페어인 miRNA를 담도암 진단용 바이오마커로 결정할 수도 있다.In another example, the
miRNA 예측 툴로, Targetscan, miRDB, DIANA-microT, PITA, miRanda, MicroCosm 의 6개를 이용하고, 생물학적 샘플로 조직을 사용 시, miRNA-유전자 페어의 인터랙션 점수 중 상위 n 개의 유전자(q-value가 0.05 이하이면서 동시에 상관관계 값이 -0.5 이하)의 페어인 miRNA 세트로, hsa-miR-21-5p, hsa-miR-93-5p, hsa-miR-106b-5p, hsa-miR-155-5p, hsa-miR-181a-5p, hsa-miR-200a-3p, hsa-miR-200b-3p, hsa-miR-222-3p, 및 hsa-miR-331-3p가 담도암 진단용 바이오마커로 결정될 수 있다.Using the six samples of miRNA prediction tools, Targetscan, miRDB, DIANA-microT, PITA, miRanda and MicroCosm, and using tissue as a biological sample, the top n genes of the miRNA- Hs-miR-93-5p, hsa-miR-106b-5p, hsa-miR-155-5p, and hsa-miR- hsa-miR-181a-5p, hsa-miR-200a-3p, hsa-miR-200b-3p, hsa-miR-222-3p and hsa-miR-331-3p can be determined as biomarkers for bile duct cancer diagnosis .
또한, 생물학적 샘플로 혈액을 사용 시, hsa-miR-21-5p, hsa-miR-93-5p, hsa-miR-106b-5p, hsa-miR-155-5p, hsa-miR-181a-5p, 및 hsa-miR-222-3p가 담도암 진단용 바이오마커로 결정된다. When blood is used as a biological sample, hsa-miR-21-5p, hsa-miR-93-5p, hsa-miR-106b-5p, hsa-miR- And hsa-miR-222-3p are determined as biomarkers for diagnosis of bile duct cancer.
상술한 바이오마커에 속하는 각 miRNA의 염기서열은 하기 표 2와 같다. The base sequence of each miRNA belonging to the above-mentioned biomarker is shown in Table 2 below.
상기 결과에 의해 획득된 담도암 진단용 바이오마커의 실험 과정 및 결과에 대해 상세히 설명한다.The experimental procedure and results of the biomarker for diagnosis of bile duct cancer obtained by the above-mentioned results will be described in detail.
담도암 환자 샘플 및 마이크로어레이 실험Biliary cancer patient samples and microarray experiments
간암 연구소 및 중산 병원(Liver Cancer Institute and Zhongshan Hospital, 중국 상하이 푸단 대학교)에서 2002년 내지 2003년, 및 카나자와 대학교 병원(Kanazawa University Hospital, 일본, 이시카와)에서 2008년 내지 2010년에 치유 절제를 거친 아시아계 환자로부터 간내 담도암종(intrahepatic cholangiocellular carcinoma, ICC) 및 복합 간세포 담도암종(combined hepatocellular cholangiocarcinoma, CHC) 조직을 사전 동의를 얻어 수득하였다. He has undergone a healing abstinence treatment at the Liver Cancer Institute and Zhongshan Hospital, Fudan University, China, from 2002 to 2003, and at the Kanazawa University Hospital, Ishikawa, Japan, Intrahepatic cholangiocellular carcinoma (ICC) and combined hepatocellular cholangiocarcinoma (CHC) tissues were obtained from patients with prior consent.
샘플은 상응하는 연구소의 임상시험심사위원회(Institutional Review Board)에 의해 승인되었고, 인간 대상 연구(Human Subjects Research)의 미국 국립보건원(National Institutes of Health, NIH) 사무국에 의해 기록되었다. 총 23개의 ICC 및 CHC 사례가 mRNA 및 마이크로 RNA 특징(microRNA signatures)을 만들기 위해 사용되었다. 혈청 검사 및 이미징에 근거하여 조기 진단하였고, 병리학자들이 병리조직학적으로 이를 확인하였다. 독립적인 집단으로부터 68명의 백인 ICC 환자들의 특성화가 최근에 기술되었다(Hepatology, Vol. 56, No. 5, 1792-803).Samples were approved by the Institutional Review Board of the corresponding laboratory and were recorded by the Secretariat of the National Institutes of Health (NIH) of Human Subjects Research. A total of 23 ICC and CHC cases were used to generate mRNA and microRNA signatures. Early diagnosis was based on serum test and imaging, and pathologists confirmed it histopathologically. Characterization of 68 white ICC patients from an independent group has recently been described (Hepatology, Vol. 56, No. 5, 1792-803).
본 발명의 바이오마커 세트의 검증Verification of the biomarker set of the present invention
본 발명의 조직 샘플용 바이오마커 세트의 담도암 판정의 검증은 담도암 환자 25명 및 정상인 10명으로 총 35명을 대상으로 하였다. 상기 대상으로부터 채취한 혈액을 이용하여, GEO(Gene Expression Omnibus) 데이터 GSE32957을 사용하여 계층적 군집분석 방법(hierarchical clustering, euclidean distance, complete method)으로 판정하였다. 그 결과, 담도암에 대한 민감도(sensitivity)가 96%(24/25) 및 특이도(specificity)가 100%(10/10)로 매우 우수하게 나타났다. 도 11은 데이터 GSE32957을 사용하였을 때의 계층적 군집 분석 결과를 히트 맵(Heat Map)으로 도시한 도면이다. 도 11에서 히트 맵 상단에 위치한 붉은색 바(Bar)는 암환자를 의미하고, 파란색 바는 정상인을 의미한다. In the biomarker set for the tissue sample of the present invention, a total of 35 patients, including 25 patients with biliary cancer and 10 normal subjects, Using the blood collected from the above-mentioned subjects, GSE Expression Omnibus (GEA) data GSE32957 was used to determine by hierarchical clustering (euclidean distance, complete method). As a result, sensitivity of 96% (24/25) and specificity of 100% (10/10) were excellent in bile duct cancer. 11 is a diagram showing a hierarchical cluster analysis result when the data GSE 32957 is used as a heat map. In Fig. 11, a red bar located at the top of the heat map indicates a cancer patient, and a blue bar indicates a normal person.
또한, 본 발명의 조직 샘플용 및 혈액 샘플용 바이오마커의 담도암 판정의 검증을 별도로 실시하였다. 먼저 조직 샘플용 바이오마커는 담도암 환자 2명 및 정상인 2명으로 총 4명을 대상으로 하고, 혈액 샘플용 바이오마커는 담도암 환자 8명 및 정상인 2명을 대상으로 하였다. 상기 대상으로부터 채취한 조직 및 혈액을 각각 이용하여, 차세대 유전체 시퀀싱(Next Generation Sequencing, NGS) 방법인 스몰 RNA 시퀀싱 데이터(Small RNA sequencing data)를 사용하여 계층적 군집 분석 방법(hierarchical clustering, euclidean distance, complete method)으로 판정하였다. 이러한 스몰 RNA 시퀀싱 데이터 분석의 일반적인 설명은 도 12에 개시되어 있다. 그 결과, 조직 샘플에 대한 바이오마커의 담도암에 대한 민감도(sensitivity)가 100%(2/2) 및 특이도(specificity)가 100%(2/2)로 나타났고, 이 경우 Small RNA sequencing 데이터를 이용하였을 때의 계층적 군집 분석 결과를 도 13에 도시하였다. 또한 혈액 샘플에 대한 바이오마커의 담도암에 대한 민감도(sensitivity)가 75%(6/8) 및 특이도(specificity)가 50%(1/2)로 나타났고, 이 경우 Small RNA sequencing 데이터를 이용하였을 때의 계층적 군집 분석 결과를 도 14에 도시하였다. 도 13 및 14에서 히트 맵 상단에 위치한 붉은색 바(Bar)는 암환자를 의미하고, 파란색 바는 정상인을 의미한다. In addition, verification of the biochemical marker for a tissue sample and blood sample of the present invention was separately performed. First, biomarkers for tissue samples were composed of 2 patients with biliary cancer and 2 patients with normal biomarkers. The biomarkers for blood samples were 8 patients with biliary cancer and 2 normal patients. Using hierarchical clustering (euclidean distance) method using small RNA sequencing data, which is Next Generation Sequencing (NGS) method, using tissues and blood collected from the subject, complete method). A general description of such small RNA sequencing data analysis is shown in FIG. As a result, the sensitivity of biomarker to tissue samples was 100% (2/2) and specificity was 100% (2/2) for bile duct cancer. In this case, small RNA sequencing data Fig. 13 shows hierarchical cluster analysis results. In addition, the sensitivity of the biomarker to blood samples was 75% (6/8) and the specificity was 50% (1/2) for bile duct cancer. In this case, small RNA sequencing data was used Fig. 14 shows hierarchical cluster analysis results. In FIGS. 13 and 14, a red bar located at the top of the heat map indicates a cancer patient, and a blue bar indicates a normal person.
한편, 상술한 바이오마커는 이를 포함한 담도암 진단용 장치로서 사용된다. 상기 담도암 진단용 장치로는 진단 칩, 진단 키트, 정량 PCR(qPCR) 장비, 현장검사(POCT) 장비, 시퀀서 등이 있다. 상기 진단 칩, 진단 키트, 정량 PCR(qPCR) 장비, 현장검사(POCT) 장비, 시퀀서에서, 바이오마커 세트를 제외한 부분은 공지된 것을 활용할 수 있다.On the other hand, the above-mentioned biomarkers are used as devices for diagnosing bile duct cancer including them. Examples of the devices for diagnosing biliary cancer include a diagnostic chip, a diagnostic kit, a quantitative PCR (qPCR) device, a field test (POCT) device, and a sequencer. In the diagnostic chip, the diagnostic kit, the quantitative PCR (qPCR) equipment, the field test (POCT) equipment, and the sequencer, portions other than the biomarker set may be known ones.
본 발명의 일실시예에 의하면, 전술한 방법들은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the above-described methods can be implemented as code readable by a processor on a medium on which the program is recorded. Examples of the medium that can be read by the processor include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, etc., and may be implemented in the form of a carrier wave (e.g., transmission over the Internet) .
100 : 컴퓨팅 장치
110 : 저장부
120 : 사용자 입력부
130 : 통신부
140 : 제어부
150 : 디스플레이부100: computing device
110:
120: user input section
130:
140:
150:
Claims (13)
상기 인터랙션 점수가 높은 n 개의 마이크로 RNA 및 유전자 페어를 결정하는 단계; 및
상기 n 개의 마이크로 RNA 및 유전자 페어 중 담도암 환자에게서 특이발현되는 유전자와 공통되는 유전자의 페어인 마이크로 RNA를 추출하는 단계
를 포함하는 담도암 진단용 바이오마커 추출 방법.A step of computing an interaction score quantifying the degree of complementarity between the microRNA and the gene;
Determining n microRNAs and gene pairs having a high interaction score; And
A step of extracting microRNAs that are a pair of genes common to the genes specifically expressed in the biliary cancer patients among the n microRNAs and gene pairs
A method for extracting a biomarker for diagnosis of biliary cancer.
상기 인터랙션 점수를 연산하는 단계는,
마이크로 RNA와 유전자 사이의 예측 점수를 통계화한 적어도 하나 이상의 데이터 베이스를 획득하는 단계;
마이크로 RNA와 유전자 사이의 상기 예측 점수로부터 정규화된 점수를 연산하는 단계;
상기 정규화된 점수를 기초로 유전자별 마이크로 RNA의 결합 순위 및 마이크로 RNA별 유전자의 결합 순위를 연산하는 단계; 및
상기 마이크로 RNA의 결합 순위 및 상기 유전자의 결합 순위를 기초로 인터랙션 점수를 연산하는 단계
를 포함하는 담도암 진단용 바이오마커 추출 방법.The method according to claim 1,
The step of calculating the interaction score includes:
Obtaining at least one database of statistical predicted scores between the microRNA and the gene;
Calculating a normalized score from the predicted score between the microRNA and the gene;
Calculating the binding order of the microRNAs and the binding order of the microRNA-specific genes on the basis of the normalized scores; And
Calculating the interaction score based on the binding order of the microRNAs and the binding order of the genes
A method for extracting a biomarker for diagnosis of biliary cancer.
상기 하나 이상의 데이터 베이스는 마이크로 RNA 타겟 예측 툴을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 담도암 진단용 바이오마커 추출 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the at least one database is generated using a microRNA target prediction tool.
상기 마이크로 RNA 타겟 예측 툴은 Targetscan, miRDB, DIANA-microT, PITA, miRanda MicroCosm, RNAhybrid, PicTar 및 RNA22 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 담도암 진단용 바이오마커 추출 방법.The method of claim 3,
Wherein the microRNA target predicting tool comprises at least one of Targetscan, miRDB, DIANA-microT, PITA, miRanda MicroCosm, RNAhybrid, PicTar and RNA22.
상기 정규화된 점수는, 상기 하나 이상의 데이터 베이스에서의 마이크로 RNA 및 유전자 페어의 예측 점수 순위를 기초로 연산되는 것을 특징으로 하는 담도암 진단용 바이오마커 추출 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the normalized score is calculated based on a predicted score ranking of microRNA and gene pairs in the one or more databases.
상기 정규화된 점수는 하기 수학식 1에 의거 연산되는 것을 특징으로 하는 담도암 진단용 바이오마커 추출 방법.
[수학식 1]
(상기 수학식 1에서, i는 i번째 데이터 베이스, n은 데이터 베이스의 개수, Ti는 i번째 데이터 베이스에서 마이크로 RNA-유전자 페어의 총 개수, Ri ,j는 i번째 데이터베이스에서, j번째 마이크로 RNA-유전자 페어의 예측 점수 순위를 의미함)6. The method of claim 5,
Wherein the normalized score is calculated according to the following equation (1): " (1) "
[Equation 1]
(Where i is the i-th database, n is the number of databases, T i is the total number of microRNA-gene pairs in the i-th database, R i , MicroRNA-gene pairs)
상기 인터랙션 점수는, 상기 정규화된 점수를 기초로 유전자별 마이크로 RNA의 순위 및 마이크로 RNA별 유전자의 순위를 기초로 연산되는 것을 특징으로 하는 담도암 진단용 바이오마커 추출 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the interaction score is calculated on the basis of the rank of microRNAs by gene and the rank of genes by microRNA on the basis of the normalized scores.
상기 인터랙션 점수는 하기 수학식 2에 의거 연산되는 것을 특징으로 하는 담도암 진단용 바이오마커 추출 방법.
[수학식 2]
(상기 수학식 2에서,
tmi는 i번째 마이크로 RNA의 유전자와의 페어의 수(number of miRNAi-gene), tgj는 j번째 유전자의 마이크로 RNA와의 페어의 수(number of genej-miRNA), rmi는 j번째 유전자에 대한 i번째 마이크로 RNA의 정규화 점수 순위, rgj는 i번째 마이크로 RNA에 대한 j번째 유전자의 정규화 점수 순위를 의미함)8. The method of claim 7,
Wherein the interaction score is calculated according to the following equation (2).
&Quot; (2) "
(In the above equation (2)
t mi is a number of the i-th pair of micro-RNA genes (number of miRNA -gene i), t is the number of pairs with gj of the j-th micro RNA gene (number of gene -miRNA j), r mi is the j-th The normalized score of the i-th microRNA to the gene, and r gj denotes the rank of the j-th normalized score of the i-th microRNA)
연산을 위한 제어부를 포함하고,
상기 제어부는, 마이크로 RNA와 유전자 사이 상보 결합 정도를 수치화한 인터랙션 점수를 연산하고, 상기 인터랙션 점수가 높은 n 개의 마이크로 RNA 및 유전자 페어를 결정하며, 상기 n 개의 마이크로 RNA 및 유전자 페어 중 담도암 환자에게서 특이발현되는 유전자와 공통되는 유전자의 페어인 마이크로 RNA를 추출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨팅 장치.A storage unit for storing data; And
And a control unit for operation,
Wherein the controller calculates an interaction score obtained by quantifying the degree of complementarity between the microRNA and the gene, determines n microRNAs and gene pairs having the highest interaction score, and determines the number of microRNAs and gene pairs among the n microRNAs and gene pairs And extracting microRNAs that are a pair of genes that are expressed in common with the specifically expressed genes.
상기 장치는 진단 칩, 진단 키트, 정량 PCR(qPCR) 장비, 현장검사(POCT) 장비 및 시퀀서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 담도암 진단을 위한 장치.13. The method of claim 12,
Wherein the device is one of a diagnostic chip, a diagnostic kit, a quantitative PCR (qPCR) instrument, a field test (POCT) instrument and a sequencer.
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