使用靶基因表達的數(shù)學建模評價pi3k細胞信號傳導途徑活性的制作方法
【專利說明】使用靶基因表達的數(shù)學建模評價PI 3K細胞信號傳導途徑活性 發(fā)明領域
[0001] 本發(fā)明總體涉及生物信息學、基因組加工、蛋白質組加工和相關技術的領域。更具 體地，本發(fā)明涉及一種方法，所述方法包括至少基于醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液 的提取樣品中測量的ΡΙ3Κ細胞信號傳導途徑的一種或多種靶基因的表達水平推斷醫(yī)學主 體的組織和/或細胞和/或體液中的ΡΙ3Κ細胞信號傳導途徑的活性。本發(fā)明還涉及一種裝 置，所述裝置包含經配置以執(zhí)行此方法的數(shù)字處理器、存儲可由數(shù)字處理設備執(zhí)行以執(zhí)行 此方法的指令的非臨時性存儲介質和包含用于引起數(shù)字處理設備執(zhí)行此方法的程序代碼 裝置的計算機程序。
[0002] 發(fā)明背景 基因組和蛋白質組分析已經基本上實現(xiàn)了醫(yī)療領域諸如腫瘤學中的臨床應用，并且是 其潛在希望，其中已知多種癌癥與基因組突變/變異和/或特定基因的高或低表達水平的特 定組合相關，其在癌癥的生長和進化(例如，細胞增殖和轉移）中起作用。
[0003] 例如，篩選乳腺癌樣品中的細胞膜上的HER2受體的過表達目前是經執(zhí)行用于鑒定 適用HER2抑制劑諸如曲妥珠單抗(Trastuzumab)的患者的標準測試。ERBB2基因的過表達 (其導致細胞膜上的HER2受體的過表達)存在于約25%至30%的所有乳腺癌中，并且與增加 的疾病復發(fā)和不良預后相關。然而，HER2受體的表達決不是用于驅動腫瘤生長的決定性指 標，因為HER2受體引發(fā)的信號傳導可以例如受下游細胞信號傳導途徑抑制。這也似乎反映 于用曲妥珠單抗治療的HER2陽性乳腺癌患者中的26%的初始響應率(Charles L. Vogel， 等人，"Efficacy and Safety of Trastuzumab as a Single Agent in First-Line Treatment of HER2-〇verexpressing Metastatic Breast Cancer"，Journal of Clinical Oncology, Vol. 20，No. 3，F(xiàn)ebruary 2002，第719至726頁）。除此之外，HER2 受體下游的細胞信號傳導途徑也可被HER2受體下游的蛋白的突變/過表達活化，導致無法 通過測量HER2表達水平來檢測的相對侵襲性腫瘤類型。因此，期望能夠提高表征具有腫瘤 (例如，乳腺癌）的患者的可能性，所述腫瘤至少部分由HER2受體下游的細胞信號傳導途徑 中存在的作用驅動。
[0004] 發(fā)明概述 本發(fā)明提供了如本文公開的新且改進的方法和裝置。
[0005] 根據本發(fā)明的主要方面，以上問題通過使用靶基因表達的數(shù)學建模來推斷PI3K細 胞信號傳導途徑的活性的方法來解決，即包括以下的方法： -至少基于醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液的提取樣品中測量的PI3K細胞信號 傳導途徑的一種或多種靶基因的表達水平推斷所述醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液 中的PI3K細胞信號傳導途徑的活性，其中所述推斷包括： -測定醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液的提取樣品中的F0X0轉錄因子(TF)元件 的水平，所述F0X0 TF元件控制PI3K細胞信號傳導途徑的一種或多種靶基因的轉錄，所述測 定至少部分基于評估將PI3K細胞信號傳導途徑的一種或多種靶基因的表達水平與F0X0 TF 元件的水平關聯(lián)的數(shù)學模型； -基于所述醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液的提取樣品中的FOXO TF元件的測定 水平推斷所述醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液中的PI3K細胞信號傳導途徑的活性， 其中所述推斷通過使用所述數(shù)學模型的數(shù)字處理設備來執(zhí)行。
[0006] 本發(fā)明基于本發(fā)明人的以下認識：鑒定HER2受體下游的細胞信號傳導途徑(本文 中，PI3K細胞信號傳導途徑）中存在的作用的合適方式可以基于細胞信號傳導途徑的信號 傳導輸出值的測量，這是-除其它-轉錄因子(TF)(本文中，F(xiàn)OXO TF元件)對靶基因的轉 錄，其由細胞信號傳導途徑控制。本文靶向的PI3K細胞信號傳導途徑不僅與乳腺癌關聯(lián)，而 且已知在許多類型的癌癥中被不當活化（Jeffrey A. Engelman, "Targeting PI3K signalling in cancer: opportunities, challenges and limitations"，Nature Reviews Cancer, No. 9，August 2009，第550至562頁）。它被認為由RTK受體家族（其還 包括HER家族)調節(jié)。隨后，PI3K細胞信號傳導途徑經由多個過程傳遞其接受的信號，所述多 個過程中的兩個主要分支是mTOR復合物的活化和通常被稱為F0X0的轉錄因子的家族的失 活(參見來自Jeffrey A. Engelman的上述文章中顯示PI3K細胞信號傳導途徑的圖）。本發(fā) 明集中于PI3K細胞信號傳導途徑和F0X0 TF家族，其活性實質上與PI3K細胞信號傳導途徑 的活性負相關，即，F(xiàn)0X0的活性實質上與PI3K細胞信號傳導途徑的無活性相關，而F0X0的無 活性實質上與PI3K細胞信號傳導途徑的活性相關。本發(fā)明使得可能通過以下測定醫(yī)學主體 的組織和/或細胞和/或體液中的PI3K細胞信號傳導途徑的活性：（i)測定醫(yī)學主體的組織 和/或細胞和/或體液的提取樣品中的F0X0 TF元件的水平，其中所述測定至少部分基于評 估將PI3K細胞信號傳導途徑的一種或多種靶基因的表達水平(其轉錄受F0X0 TF元件控制） 與F0X0 TF元件的水平關聯(lián)的數(shù)學模型，和（ii)基于醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液 的提取樣品中的F0X0 TF元件的測量水平推斷醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液中的 PI3K細胞信號傳導途徑的活性。這優(yōu)選允許提高表征具有腫瘤(例如，乳腺癌）的患者的可 能性，所述腫瘤至少部分地由失調的PI3K細胞信號傳導途徑驅動，且因此可能響應于PI3K 細胞信號傳導途徑的抑制劑。
[0007] 本文中，F(xiàn)0X0轉錄因子（TF)元件被定義為含有F0X0 TF家族成員中的至少一個 (即，？(^01、？(^03六、？(^04和?(《06)的蛋白復合物，其能夠結合至特定0嫩序列，從而控制靶 基因的轉錄。
[0008] 數(shù)學模型可以是概率模型，優(yōu)選貝葉斯網絡模型(Bayesian network model)，其 至少部分基于將F0X0 TF元件和醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液的提取樣品中測量的 PI3K細胞信號傳導途徑的一種或多種靶基因的表達水平關聯(lián)的條件概率，或者數(shù)學模型可 以至少部分基于醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液的提取樣品中測量的PI3K細胞信號 傳導途徑的一種或多種靶基因的表達水平的一種或多種線性組合。具體而言，PI3K細胞信 號傳導途徑的活性的推斷可以如公開的國際專利申請W0 2013/011479 A2 ("Assessment of cellular signaling pathway activity using probabilistic modeling of target gene expression"）中所公開或如公開的國際專利申請TO 2014/102668 A2 ("Assessment of cellular signaling pathway activity using linear combination(s) of target gene expressions"）中所描述進行，所述申請的內容在此以其整體并入。
[0009] 所述醫(yī)學主體可以是人或動物。此外，醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液可以 來自源自醫(yī)學主體的細胞系和/或組織培養(yǎng)物，且，如果適用，在實驗室中體外培養(yǎng)(例如， 用于再生的目的）。此外，"祀基因"可以是"直接的靶基因"和/或"間接的靶基因"（如本文所 述)。
[0010] 具體合適的靶基因描述于以下文本段落以及下文實施例中（例如參見表1至3)。
[0011] 因此，根據優(yōu)選的實施方案，所述靶基因選自表3中列舉的靶基因。
[0012] 特別優(yōu)選的是一種方法，其中所述推斷包括： -至少基于醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液的提取樣品中測量的PI3K細胞信號 傳導途徑的一種或多種，優(yōu)選至少三種靶基因的表達水平推斷醫(yī)學主體的組織和/或細胞 和/或體液中的PI3K細胞信號傳導途徑的活性，所述靶基因選自：AGRP、BCL2L11、BCL6、 BNIP3、BTG1、CAT、CAV1、CCND1、CCND2、CCNG2、CDKN1A、CDKN1B、ESR1、FASLG、FBX032、 GADD45A、INSR、MXI1、N0S3、PCK1、P0MC、PPARGC1A、PRDX3、RBL2、S0D2 和TNFSF10。
[0013] 進一步優(yōu)選的一種方法，其中所述推斷還基于醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體 液的提取樣品中測量的PI3K細胞信號傳導途徑的至少一種靶基因的表達水平，所述靶基因 選自：ATP8Al、C10orfl0、CBLB、DDBl、DYRK2、ERBB3、EREG、EXTl、FGFR2、IGFlR、IGFBPl、 IGFBP3、LGMN、PPM1D、SEMA3C、SEPP1、SESN1、SLC5A3、SMAD4 和TLE4。
[0014] 進一步優(yōu)選的一種方法，其中所述推斷還基于醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體 液的提取樣品中測量的PI3K細胞信號傳導途徑的至少一種靶基因的表達水平，所述靶基因 選自：ATG14、BIRC5、IGFBP1、KLF2、KLF4、MY0D1、PDK4、RAG 1、RAG2、SESN1、SI RT1、STK11 和 ΤΧΝΙΡο
[0015] 如果所述推斷還基于選自前述段落中指定的組群的至少一種靶基因的表達水平 和選自前述段落之前段落中指定的組群的至少一種靶基因的表達水平兩者，上述關于兩個 組群提到的靶基因 IGFBP1和SESN1可以僅包含于所述組群之一中。
[0016] 本發(fā)明的另一個方面涉及一種方法(如本文所述），其還包括： -基于醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液中的ΡΙ3Κ細胞信號傳導途徑的推斷活性 確定ΡΙ3Κ細胞信號傳導途徑在醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液中是否異常運行。
[0017] 本發(fā)明還涉及一種方法(如本文所述），其還包括： -為醫(yī)學主體推薦開藥，所述藥物校正ΡΙ3Κ細胞信號傳導途徑的異常運行； 其中只有當基于ΡΙ3Κ細胞信號傳導途徑的推斷活性確定ΡΙ3Κ細胞信號傳導途徑在醫(yī) 學主體的組織和/或細胞和/或體液中異常運行時才進行所述推薦。
[0018] 本發(fā)明還涉及一種方法(如本文所述），其中所述推斷包括： -至少基于醫(yī)學主體的組織和/或細胞和/或體液的提取樣品中測量的ΡΙ3Κ細胞信號 傳導途徑的靶基因組中的兩種、三種或更多種靶基因的表達水平推斷醫(yī)學主體的組織和/ 或細胞和/或體液中的ΡΙ3Κ細胞信號傳導途徑的活性。
[0019] 優(yōu)選地， 所述ΡΙ3Κ細胞信號傳導途徑的靶基因組包括選自以下的至少九種、優(yōu)選所有靶基因： AGRP、BCL2L11、BCL6、BNIP3、BTG1、CAT、CAV1、CCND1、CCND2、CCNG2、CDKN1A、CDKN1B、ESR1、 FASLG、FBX032、GADD45A、INSR、MXI1、N0S3、PCK1、P0MC、PPARGC1A、PRDX3、RBL2、S0D2 和 TNFSF10。
[0020]特別優(yōu)選一種方法，其中 所述PI3K細胞信號傳導途徑的靶基因組還包括選自以下的至少一種靶基因：ATP8A1、 C10orfl0、CBLB、DDBl、DYRK2、ERBB3、EREG、EXTl、FGFR2、IGFlR、IGFBPl、IGFBP3、LGMN、 PPM1D、SEMA3C、SEP