JP7625408B2 - Methods for Enriching Extracellular Vesicles and/or Cell-Free DNA - Google Patents
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Description
本発明は、細胞外小胞および/またはセルフリーDNAを濃縮する方法に関する。 The present invention relates to a method for concentrating extracellular vesicles and/or cell-free DNA.
従来、疾患を診断するためには、生体から病変の一部を採取する生検が行われてきたが、近年では、より低侵襲な検査方法として、生体液試料を用いるリキッドバイオプシーが注目されている。リキッドバイオプシーの解析対象としては、血中循環腫瘍細胞(CTC)、血中循環腫瘍DNA(ctDNA)などのセルフリーDNA(cfDNA)、エクソソームなどの細胞外小胞(EVs)などが挙げられる。 Traditionally, biopsies have been performed to diagnose diseases by taking a part of a lesion from a living body, but in recent years, liquid biopsies, which use biological fluid samples, have been attracting attention as a less invasive testing method. Analytical targets for liquid biopsies include circulating tumor cells (CTCs), cell-free DNA (cfDNA) such as circulating tumor DNA (ctDNA), and extracellular vesicles (EVs) such as exosomes.
cfDNAは、スピンカラムや磁気ビーズを用いた従来の核酸抽出方法により抽出することができる(非特許文献1)。しかし、cfDNAは、生体液試料1mLあたりナノグラムレベルという非常に少ない量でしか存在しないため、大量の生体液試料を必要とすることが問題となる。また、EVsは、超遠心分離や、膜表面上の抗原を認識する抗体を用いた免疫沈降などにより抽出することができるが(非特許文献2)、やはり回収効率や操作性が不良であるという問題がある。cfDNAやEVsを抽出するためのキットも多数市販されているが、いずれも比較的高価である。したがって、cfDNAおよびEVsを、高収率かつ低コストで抽出できる手法の確立が望まれている。 cfDNA can be extracted by conventional nucleic acid extraction methods using spin columns or magnetic beads (Non-Patent Document 1). However, since cfDNA exists only in very small amounts, at the nanogram level, per 1 mL of biological fluid sample, the problem is that a large amount of biological fluid sample is required. In addition, EVs can be extracted by ultracentrifugation or immunoprecipitation using an antibody that recognizes an antigen on the membrane surface (Non-Patent Document 2), but these still have problems with poor recovery efficiency and operability. Many kits for extracting cfDNA and EVs are commercially available, but all of them are relatively expensive. Therefore, it is desirable to establish a method for extracting cfDNA and EVs with high yield and low cost.
本発明は、従来技術の諸問題を解消し、簡便な操作により、生体液試料から細胞外小胞および/またはセルフリーDNAを高収率かつ低コストで抽出する方法を提供することを目的としてなされたものである。 The present invention aims to solve the problems of the prior art and provide a method for extracting extracellular vesicles and/or cell-free DNA from a biological fluid sample with high yield and low cost using simple operations.
発明者は、鋭意研究の結果、生体液試料に硫酸プロタミンまたはスペルミジンを添加することにより、生体液試料中の細胞外小胞およびセルフリーDNAを良好に濃縮できることを見出した。 As a result of extensive research, the inventors have found that by adding protamine sulfate or spermidine to a biological fluid sample, extracellular vesicles and cell-free DNA in the biological fluid sample can be effectively concentrated.
すなわち、本発明は、一実施形態によれば、液体試料中に含まれる細胞外小胞および/またはセルフリーDNAを濃縮する方法であって、(i)細胞外小胞および/またはセルフリーDNAを含む液体試料を準備するステップと、(ii)前記試料に、硫酸プロタミンまたはスペルミジンを添加するステップと、これにより、細胞外小胞および/またはセルフリーDNAと、硫酸プロタミンまたはスペルミジンとの凝集物が得られ、(iii)前記凝集物を回収するステップとを含む方法を提供するものである。 That is, according to one embodiment, the present invention provides a method for concentrating extracellular vesicles and/or cell-free DNA contained in a liquid sample, the method comprising the steps of (i) preparing a liquid sample containing extracellular vesicles and/or cell-free DNA, (ii) adding protamine sulfate or spermidine to the sample, thereby obtaining aggregates of the extracellular vesicles and/or cell-free DNA and the protamine sulfate or spermidine, and (iii) recovering the aggregates.
前記液体試料は、生体液試料であることが好ましい。 The liquid sample is preferably a biological fluid sample.
上記方法は、(iv)前記ステップ(iii)の後、プロテアーゼにより前記凝集物を消化するステップをさらに含んでもよい。 The method may further include (iv) digesting the aggregates with a protease after step (iii).
また、本発明は、一実施形態によれば、硫酸プロタミンまたはスペルミジンを含んでなる、細胞外小胞および/またはセルフリーDNAを濃縮するためのキットを提供するものである。 In one embodiment, the present invention provides a kit for concentrating extracellular vesicles and/or cell-free DNA, comprising protamine sulfate or spermidine.
セルフリーDNAの抽出のためには、上記キットは、プロテアーゼをさらに含むことが好ましい。 For the extraction of cell-free DNA, it is preferable that the above kit further contains a protease.
本発明に係る方法によれば、生体液試料に硫酸プロタミンまたはスペルミジンを添加することにより、生体液試料に微量に含まれる細胞外小胞および/またはセルフリーDNAを濃縮でき、高効率かつ低コストでの細胞外小胞および/またはセルフリーDNAの抽出が可能となる。 According to the method of the present invention, by adding protamine sulfate or spermidine to a biological fluid sample, extracellular vesicles and/or cell-free DNA contained in trace amounts in the biological fluid sample can be concentrated, making it possible to extract extracellular vesicles and/or cell-free DNA with high efficiency and low cost.
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。 The present invention is described in detail below, but is not limited to the embodiments described in this specification.
本発明は、第一の実施形態によれば、液体試料中に含まれる細胞外小胞および/またはセルフリーDNAを濃縮する方法であって、(i)細胞外小胞および/またはセルフリーDNAを含む液体試料を準備するステップと、(ii)前記試料に、硫酸プロタミンまたはスペルミジンを添加するステップと、これにより、細胞外小胞および/またはセルフリーDNAと、硫酸プロタミンまたはスペルミジンとの凝集物が得られ、(iii)前記凝集物を回収するステップとを含む方法である。 According to a first embodiment, the present invention provides a method for concentrating extracellular vesicles and/or cell-free DNA contained in a liquid sample, the method comprising the steps of (i) preparing a liquid sample containing extracellular vesicles and/or cell-free DNA, (ii) adding protamine sulfate or spermidine to the sample, thereby obtaining aggregates of the extracellular vesicles and/or cell-free DNA and the protamine sulfate or spermidine, and (iii) recovering the aggregates.
本実施形態の方法では、細胞外小胞および/またはセルフリーDNAを含む液体試料を準備して使用する。 In the method of this embodiment, a liquid sample containing extracellular vesicles and/or cell-free DNA is prepared and used.
「細胞外小胞」(以下、「EVs」とも記載する)とは、細胞から分泌される脂質二重膜小胞を意味する。なお、EVsは、その大きさや表面マーカーに基づいて、エクソソーム、マイクロベシクルおよびアポトーシス小体に大別されるが、本実施形態におけるEVsは、それらのいずれであってもよく、それらの混合物であってもよい。また、「セルフリーDNA」(以下、「cfDNA」とも記載する)とは、細胞の死滅または損傷によって細胞から放出された遊離DNA断片を意味する。 "Extracellular vesicles" (hereinafter also referred to as "EVs") refer to lipid bilayer vesicles secreted from cells. EVs are broadly classified into exosomes, microvesicles, and apoptotic bodies based on their size and surface markers, and the EVs in this embodiment may be any of these or a mixture of these. "Cell-free DNA" (hereinafter also referred to as "cfDNA") refers to free DNA fragments released from cells due to cell death or damage.
本実施形態における細胞外小胞およびセルフリーDNAは、いかなる細胞から分泌されたものであってよく、正常細胞または疾患細胞のいずれから分泌されたものであってもよい。EVsおよびcfDNAが由来する細胞の種類は特に限定されず、例えば、樹状細胞、T細胞、B細胞、神経細胞、幹細胞、がん細胞、それらに由来する初代培養細胞または株化細胞などであってよい。したがって、本実施形態におけるcfDNAは、血中循環腫瘍DNA(ctDNA)であり得る。また、細胞が由来する生物も特に限定されず、任意の脊椎動物であってよいが、好ましくは、マウス、ラット、ウサギ、ブタ、ウシ、ヤギ、サル、ヒトなどの哺乳動物であり、特に好ましくはヒトである。 The extracellular vesicles and cell-free DNA in this embodiment may be secreted from any cell, and may be secreted from either normal or diseased cells. The type of cells from which the EVs and cfDNA are derived is not particularly limited, and may be, for example, dendritic cells, T cells, B cells, nerve cells, stem cells, cancer cells, primary cultured cells or cell lines derived therefrom. Therefore, the cfDNA in this embodiment may be circulating tumor DNA (ctDNA). The organism from which the cells are derived is also not particularly limited, and may be any vertebrate, but is preferably a mammal such as a mouse, rat, rabbit, pig, cow, goat, monkey, or human, and is particularly preferably a human.
本実施形態における液体試料は、細胞外小胞および/またはセルフリーDNAを含むものであれば特に限定されず、例えば、生体から得られた体液や、細胞を培養して得られた培養上清などであってよい。体液としては、例えば、血液、血漿、血清、唾液、尿、胃液、膵液、胆汁、汗、涙、母乳、鼻汁、腸液などが挙げられるが、これらに限定されない。 The liquid sample in this embodiment is not particularly limited as long as it contains extracellular vesicles and/or cell-free DNA, and may be, for example, a body fluid obtained from a living body or a culture supernatant obtained by culturing cells. Examples of body fluids include, but are not limited to, blood, plasma, serum, saliva, urine, gastric juice, pancreatic juice, bile, sweat, tears, breast milk, nasal secretions, and intestinal fluids.
次いで、液体試料に硫酸プロタミンまたはスペルミジンを添加する。これにより、細胞外小胞および/またはセルフリーDNAと硫酸プロタミンまたはスペルミジンとの凝集物を得ることができる。液体試料に添加する硫酸プロタミンの終濃度は、例えば、100μg/ml~15mg/mlの範囲であってよく、好ましくは、600μg/ml~6.5mg/mlの範囲であってよい。液体試料に添加するスペルミジンの終濃度は、例えば、0.8μg/ml~85μg/mlの範囲であってよく、好ましくは、4μg/ml~45μg/mlの範囲であってよい。液体試料に硫酸プロタミンまたはスペルミジンを添加した後は、室温で一定時間(例えば10~30分間)インキュベートすることが好ましい。 Next, protamine sulfate or spermidine is added to the liquid sample. This allows for the production of aggregates of extracellular vesicles and/or cell-free DNA with protamine sulfate or spermidine. The final concentration of protamine sulfate added to the liquid sample may be, for example, in the range of 100 μg/ml to 15 mg/ml, and preferably in the range of 600 μg/ml to 6.5 mg/ml. The final concentration of spermidine added to the liquid sample may be, for example, in the range of 0.8 μg/ml to 85 μg/ml, and preferably in the range of 4 μg/ml to 45 μg/ml. After the addition of protamine sulfate or spermidine to the liquid sample, it is preferable to incubate the sample at room temperature for a certain period of time (for example, 10 to 30 minutes).
EVsおよびcfDNAを安定化させ、抽出効率をさらに向上させるために、硫酸プロタミンまたはスペルミジンを添加する前に、または添加すると同時に、他の成分を適宜添加してもよい。そのような他の成分としては、例えば、塩化ナトリウムなどの塩、EDTAなどのキレート剤、PBSなどの緩衝液、テトラエチレングリコールジメチルエーテルなどを挙げることができる。 To stabilize EVs and cfDNA and further improve extraction efficiency, other components may be added before or at the same time as adding protamine sulfate or spermidine, as appropriate. Such other components may include, for example, salts such as sodium chloride, chelating agents such as EDTA, buffers such as PBS, tetraethylene glycol dimethyl ether, etc.
次いで、細胞外小胞および/またはセルフリーDNAと硫酸プロタミンまたはスペルミジンとの凝集物を回収する。凝集物は、例えば、4℃、16,000×gで10~30分間遠心分離することにより回収することができる。 Then, aggregates of extracellular vesicles and/or cell-free DNA with protamine sulfate or spermidine are collected. The aggregates can be collected, for example, by centrifugation at 4°C and 16,000 x g for 10 to 30 minutes.
本実施形態の方法は、その後、プロテアーゼにより前記凝集物を消化するステップをさらに含んでもよい。凝集物を消化することにより、特にcfDNAの抽出効率が改善され得る。本実施形態におけるプロテアーゼは、特に限定されず、例えば、プロテイナーゼK、トリプシン、キモトリプシンなどのセリンプロテアーゼ;カテプシンB、カテプシンL、カテプシンK、パパインなどのシステインプロテアーゼ;ペプシン、キモシン、カテプシンDなどのアスパラギン酸プロテアーゼなどであってよく、これらから選択される単独または2種類以上を組み合わせて用いることができる。本実施形態におけるプロテアーゼは、好ましくはプロテイナーゼKである。プロテアーゼの濃度は、プロテアーゼの種類により適宜変更され得るが、例えばプロテイナーゼKであれば、10mg/ml~100mg/mlの範囲であってよく、好ましくは、15mg/ml~30mg/mlの範囲であってよい。また、消化条件は、プロテアーゼの種類により適宜変更され得るが、例えばプロテイナーゼKであれば、室温~70℃で10~30分間インキュベートすればよい。 The method of this embodiment may further include a step of digesting the aggregates with a protease. Digesting the aggregates may improve the extraction efficiency, particularly of cfDNA. The protease in this embodiment is not particularly limited, and may be, for example, a serine protease such as proteinase K, trypsin, or chymotrypsin; a cysteine protease such as cathepsin B, cathepsin L, cathepsin K, or papain; or an aspartic acid protease such as pepsin, chymosin, or cathepsin D, and may be used alone or in combination of two or more selected from these. The protease in this embodiment is preferably proteinase K. The concentration of the protease may be appropriately changed depending on the type of protease, but for example, in the case of proteinase K, it may be in the range of 10 mg/ml to 100 mg/ml, and preferably in the range of 15 mg/ml to 30 mg/ml. Digestion conditions can be changed as appropriate depending on the type of protease, but for example, if proteinase K is used, incubation can be performed at room temperature to 70°C for 10 to 30 minutes.
細胞外小胞および/またはセルフリーDNAと硫酸プロタミンまたはスペルミジンとの凝集物またはそのプロテアーゼによる消化物は、PBSなどの緩衝液に溶解した後、すでに確立された公知のEVs/cfDNAの抽出方法に供することができる。例えば、cfDNAは、スピンカラムや磁気ビーズを用いて抽出することができ、EVsは、超遠心分離や表面マーカーに対する抗体を用いた免疫沈降により抽出することができる。これらの方法に基づいてEVsおよび/またはcfDNAを抽出するためのキットも多数市販されており、本実施形態では、そのような市販品を使用することもできる。 Extracellular vesicles and/or cell-free DNA aggregates with protamine sulfate or spermidine or their protease digests can be dissolved in a buffer such as PBS and then subjected to a known and established method for extracting EVs/cfDNA. For example, cfDNA can be extracted using a spin column or magnetic beads, and EVs can be extracted by ultracentrifugation or immunoprecipitation using an antibody against a surface marker. Many kits for extracting EVs and/or cfDNA based on these methods are commercially available, and such commercially available products can also be used in this embodiment.
本実施形態の方法は、硫酸プロタミンまたはスペルミジンを添加するのみにより、試料中のEVsおよび/またはcfDNAを濃縮することができ、高効率かつ低コストでのEVsおよび/またはcfDNAの抽出を可能とする。 The method of this embodiment can concentrate EVs and/or cfDNA in a sample simply by adding protamine sulfate or spermidine, enabling highly efficient and low-cost extraction of EVs and/or cfDNA.
本発明は、第二の実施形態によれば、硫酸プロタミンまたはスペルミジンを含んでなる、細胞外小胞および/またはセルフリーDNAを濃縮するためのキットである。本実施形態における「細胞外小胞」および「セルフリーDNA」は、第一の実施形態で定義したものと同様である。 According to a second embodiment, the present invention provides a kit for concentrating extracellular vesicles and/or cell-free DNA, comprising protamine sulfate or spermidine. In this embodiment, "extracellular vesicles" and "cell-free DNA" are defined as in the first embodiment.
本実施形態のキットは、上記構成に加え、プロテアーゼをさらに含んでもよい。実施形態における「プロテアーゼ」は、第一の実施形態で定義したものと同様である。また、本実施形態のキットは、EVsおよび/またはcfDNAの抽出に用いるバッファーやその他の試薬、EVsおよび/またはcfDNAの抽出手順を記載した説明書などをさらに含んでもよい。 The kit of this embodiment may further include a protease in addition to the above configuration. The "protease" in this embodiment is the same as that defined in the first embodiment. The kit of this embodiment may further include a buffer and other reagents used for extracting EVs and/or cfDNA, and instructions describing the procedure for extracting EVs and/or cfDNA.
以下に実施例を挙げ、本発明についてさらに説明する。なお、これらは本発明を何ら限定するものではない。 The present invention will be further explained with reference to the following examples. Note that the present invention is not limited to these examples.
<1.cfDNAの抽出>
(1)cfDNAを含有する液体試料の準備
cfDNAを含有する液体試料として、血漿試料、尿試料、および培養上清試料を以下の手順により準備した。
血漿試料: EDTA2K入り採血管(BDバキュテイナ採血管、日本BD)を用いて5人の健常者から血液を採取し、2,000×gで15分間遠心した。上清を回収し、さらに13,000rpm(16,060×g)で15分間遠心して得られた上清を血漿試料とした。
尿試料: 5人の健常者から採取した尿を2,000×gで15分間遠心した。上清を回収し、さらに13,000rpmで15分間遠心して得られた上清を尿試料とした。
培養上清試料: 10%FCS(富士フイルム和光純薬、556-33865)を添加したRPMI1640(富士フイルム和光純薬、189-02025)中で、ヒト慢性骨髄性白血病細胞株K562(国立研究開発法人医薬基盤・健康・栄養研究所JCRB細胞バンクより入手)を50mlフラスコでコンフルエントになるまで培養した。その後培地を回収し、2,000×gで15分間遠心した。上清を回収し、さらに13,000rpmで15分間遠心して得られた上清を培養上清試料とした。
<1. Extraction of cfDNA>
(1) Preparation of cfDNA-Containing Liquid Samples As cfDNA-containing liquid samples, plasma samples, urine samples, and culture supernatant samples were prepared by the following procedure.
Plasma sample: Blood was collected from five healthy subjects using EDTA2K-containing blood collection tubes (BD Vacutainer blood collection tubes, BD Japan) and centrifuged at 2,000 x g for 15 minutes. The supernatant was collected and further centrifuged at 13,000 rpm (16,060 x g) for 15 minutes to obtain a plasma sample.
Urine samples: Urine samples from five healthy subjects were centrifuged at 2,000×g for 15 minutes. The supernatant was collected and further centrifuged at 13,000 rpm for 15 minutes to obtain a urine sample.
Culture supernatant sample: Human chronic myeloid leukemia cell line K562 (obtained from JCRB Cell Bank, National Institutes of Biomedical Innovation, Health and Nutrition) was cultured in RPMI1640 (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 189-02025) supplemented with 10% FCS (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 556-33865) in a 50 ml flask until it became confluent. The medium was then collected and centrifuged at 2,000 x g for 15 minutes. The supernatant was collected and further centrifuged at 13,000 rpm for 15 minutes to obtain the supernatant as the culture supernatant sample.
(2)血漿試料からのcfDNAの抽出
(2-1)硫酸プロタミンを用いたcfDNAの抽出
1mLの血漿試料(n=10)に、1/20量の5MのNaCl(富士フイルム和光純薬、191-01665)(50μL)を添加して混合し、さらに3/20量の1%硫酸プロタミン(富士フイルム和光純薬、160-05193)(150μL)を加えて混合した。室温で10分間静置した後、13,000rpmで10分間遠心し、上清を除去した。200μLのPBSを加えてペレットを溶解し、20mg/mLのプロテイナーゼK(ProK)(ロシュ・ダイアグノスティックス、3115836001)を40μL添加して、または添加せずに、室温で30分間静置した。その後、通常の核酸抽出キットであるHigh Pure PCR Template Preparation Kit(ロシュ・ダイアグノスティックス、1796828)を用いてcfDNAを抽出した。cfDNAの溶出は、50μLのElution Bufferにより行った。
(2) Extraction of cfDNA from plasma samples (2-1) Extraction of cfDNA using protamine sulfate 1 mL of plasma sample (n = 10) was mixed with 1/20 volume of 5M NaCl (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, 191-01665) (50 μL), and further mixed with 3/20 volume of 1% protamine sulfate (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, 160-05193) (150 μL). After standing at room temperature for 10 minutes, the mixture was centrifuged at 13,000 rpm for 10 minutes and the supernatant was removed. 200 μL of PBS was added to dissolve the pellet, and 40 μL of 20 mg/mL proteinase K (ProK) (Roche Diagnostics, 3115836001) was added or not added, and the mixture was left at room temperature for 30 minutes. Then, cfDNA was extracted using a conventional nucleic acid extraction kit, High Pure PCR Template Preparation Kit (Roche Diagnostics, 1796828). Elution of cfDNA was performed using 50 μL of Elution Buffer.
(2-2)スペルミジンを用いたcfDNAの抽出
1mLの血漿試料(n=10)に、1/10量の5MのNaCl(100μL)を添加して混合し、さらに1/10量の0.01%スペルミジン(富士フイルム和光純薬、191-13831)(100μL)を加えて混合した。室温で10分間静置した後、500μLのテトラエチレングリコールジメチルエーテル(東京化成工業)を加えて混合し、さらに室温で10分間静置した。その後、13,000rpmで30分間遠心し、上清を除去した。160μLのPBSを加えてペレットを溶解し、20mg/mLのProKを80μL添加して、または添加せずに、室温で30分間静置した。その後、通常の核酸抽出キットであるHigh Pure PCR Template Preparation Kitを用いてcfDNAを抽出した。cfDNAの溶出は、50μLのElution Bufferにより行った。
(2-2) Extraction of cfDNA using spermidine 1 mL of plasma sample (n = 10) was mixed with 1/10 amount of 5M NaCl (100 μL), and further mixed with 1/10 amount of 0.01% spermidine (FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, 191-13831) (100 μL). After standing at room temperature for 10 minutes, 500 μL of tetraethylene glycol dimethyl ether (Tokyo Chemical Industry) was added and mixed, and further stood at room temperature for 10 minutes. Then, it was centrifuged at 13,000 rpm for 30 minutes, and the supernatant was removed. 160 μL of PBS was added to dissolve the pellet, and 80 μL of 20 mg / mL ProK was added or not added, and it was left at room temperature for 30 minutes. Then, cfDNA was extracted using a conventional nucleic acid extraction kit, High Pure PCR Template Preparation Kit. The cfDNA was eluted using 50 μL of Elution Buffer.
対照として、cfDNA抽出のための専用キットであるcobas cfDNA Sample Preparation Kit(ロシュ・ダイアグノスティックス、07247737190)を用いて、同量(1mL)の血漿試料(n=10)からcfDNAを抽出した。 As a control, cfDNA was extracted from the same amount (1 mL) of plasma samples (n = 10) using the Cobas cfDNA Sample Preparation Kit (Roche Diagnostics, 07247737190), a dedicated kit for cfDNA extraction.
抽出されたcfDNA溶液を、KAPA hg DNA Quantification and QC Kit(ロシュ・ダイアグノスティックス、KK4966)付属の129 bp Primer Premixを用いて定量した。反応および解析には、LightCycler(登録商標)96 System(ロシュ・ダイアグノスティックス)を用い、抽出されたcfDNA溶液の濃度(平均値±SD)を決定した。 The extracted cfDNA solution was quantified using the 129 bp Primer Premix included in the KAPA hg DNA Quantification and QC Kit (Roche Diagnostics, KK4966). The concentration of the extracted cfDNA solution (mean ± SD) was determined using the LightCycler (registered trademark) 96 System (Roche Diagnostics) for reaction and analysis.
[反応液組成(10μL)]
・cfDNA溶液 1μL
・2×FastStart Essential DNA Green Master(ロシュ・ダイアグノスティックス、06402712001) 5μL
・Primer Premix 1μL
・蒸留水 残量
[Reaction solution composition (10 μL)]
・cfDNA solution 1μL
・2x FastStart Essential DNA Green Master (Roche Diagnostics, 06402712001) 5 μL
・Primer Premix 1μL
・Distilled water remaining
[反応条件]
・ステップ1(1サイクル):95℃ 10分
・ステップ2~3(40サイクル):95℃ 10秒、62℃ 30秒
[Reaction conditions]
Step 1 (1 cycle): 95°C 10 minutes Steps 2-3 (40 cycles): 95°C 10 seconds, 62°C 30 seconds
結果を表1に示す。硫酸プロタミンを用いてcfDNAを凝集させることにより、市販のcfDNA抽出専用キットと同等の効率でcfDNAを抽出できることが示された。さらに、硫酸プロタミン-cfDNA凝集物をProKで消化することにより、市販のcfDNA抽出専用キットよりも高い効率でcfDNAを抽出できることができた。スペルミジンを用いた場合も、スペルミジン-cfDNA凝集物をProKで消化することにより、市販のcfDNA抽出専用キットよりも高い効率でcfDNAを抽出できることができた。これらの結果から、硫酸プロタミンまたはスペルミジンを用いた方法は、低コストでありながらcfDNAを効率よく抽出することができるものであること、および、さらにProK処理を行うことにより、cfDNAを高効率で抽出できることが示された。 The results are shown in Table 1. It was shown that by agglomerating cfDNA using protamine sulfate, cfDNA can be extracted with the same efficiency as a commercially available cfDNA extraction kit. Furthermore, by digesting the protamine sulfate-cfDNA aggregates with ProK, cfDNA can be extracted with higher efficiency than a commercially available cfDNA extraction kit. Even when spermidine was used, by digesting the spermidine-cfDNA aggregates with ProK, cfDNA can be extracted with higher efficiency than a commercially available cfDNA extraction kit. These results show that the method using protamine sulfate or spermidine is low-cost yet capable of extracting cfDNA efficiently, and that by further performing ProK treatment, cfDNA can be extracted with high efficiency.
表1.血漿試料からのcfDNAの抽出
(3)尿試料からのcfDNAの抽出
1mLの血漿試料に代えて2mLの尿試料(n=5)を用い、上記1(2-1)と同様の手順により、硫酸プロタミンおよびProKを用いた方法と市販のcfDNA抽出キットを用いた方法とのcfDNA抽出効率を比較した。
(3) Extraction of cfDNA from urine samples Using 2 mL of urine sample (n=5) instead of 1 mL of plasma sample, the cfDNA extraction efficiency was compared between the method using protamine sulfate and ProK and the method using a commercially available cfDNA extraction kit, following the same procedure as in 1(2-1) above.
結果を表2に示す。硫酸プロタミンおよびProKを用いた方法により、市販のcfDNA抽出専用キットを用いた方法よりも高い効率でcfDNAを抽出できることが確認された。 The results are shown in Table 2. It was confirmed that the method using protamine sulfate and ProK allows for more efficient extraction of cfDNA than the method using a commercially available kit specifically for cfDNA extraction.
表2.尿試料からのcfDNAの抽出
(4)試料中のcfDNAの濃縮
1mLの血漿試料に代えて、1mL、2.5mL、5mLまたは10mLの尿試料または培養上清試料(それぞれn=3)を用い、上記1(2-1)と同様の手順により、硫酸プロタミンおよびProKを用いてcfDNAを抽出し、50μLのcfDNA溶出液を得た。
(4) Concentration of cfDNA in samples Instead of 1 mL of plasma sample, 1 mL, 2.5 mL, 5 mL, or 10 mL of urine sample or culture supernatant sample (n=3 each) was used, and cfDNA was extracted using protamine sulfate and ProK in the same manner as in 1(2-1) above to obtain 50 μL of cfDNA eluate.
結果を表3および4に示す。尿試料および培養上清試料のいずれの場合も、出発量依存的にcfDNAの収量が増加した。この結果から、硫酸プロタミンおよびProKを用いた方法は、高効率でcfDNAを濃縮できるものであることが示された。 The results are shown in Tables 3 and 4. In both the urine samples and the culture supernatant samples, the yield of cfDNA increased depending on the starting amount. These results demonstrate that the method using protamine sulfate and ProK can concentrate cfDNA with high efficiency.
表3.尿試料中のcfDNAの濃縮
表4.培養上清試料中のcfDNAの濃縮
<2.エクソソームの抽出>
(1)エクソソーム含有生体液試料からのエクソソームの抽出
10%FCSを添加したRPMI1640中で、浮遊性ヒト大腸がん細胞株COLO201(国立研究開発法人医薬基盤・健康・栄養研究所JCRB細胞バンクより入手)を37℃にてコンフルエントになるまで培養した。細胞を回収し、PBS(-)で2回洗浄後、FCSを含まないRPMI1640中で48時間培養した。培養液を回収し、2,000×gで15分間遠心し、回収した上清をポアサイズ0.22μmの滅菌シリンジフィルター(Hawach Scientific、SLPES2522S)でろ過した。ろ過後の上清に、Total Exosome Isolation Reagent(from cell culture media)(サーモフィッシャーサイエンティフィック、4478359)を加え、4℃で一晩インキュベートした。その後、13,000rpmで60分間遠心し、上清を除去し、ペレットをPBS(-)で懸濁した。懸濁液のタンパク質量をQubit Protein Assay Kit(サーモフィッシャーサイエンティフィック、Q33211)を用いて測定し、PBS(-)を用いてタンパク質濃度を10μg/mLに調製したエクソソーム溶液を得た。
2. Extraction of exosomes
(1) Extraction of exosomes from exosome-containing biological fluid samples. The floating human colon cancer cell line COLO201 (obtained from the JCRB Cell Bank of the National Institute of Biomedical Innovation, Health and Nutrition) was cultured at 37°C until confluent in RPMI1640 supplemented with 10% FCS. The cells were collected, washed twice with PBS(-), and then cultured in RPMI1640 without FCS for 48 hours. The culture medium was collected and centrifuged at 2,000 x g for 15 minutes, and the collected supernatant was filtered with a sterile syringe filter (Hawach Scientific, SLPES2522S) with a pore size of 0.22 μm. Total Exosome Isolation Reagent (from cell culture media) (Thermo Fisher Scientific, 4478359) was added to the supernatant after filtration and incubated overnight at 4 ° C. Then, the mixture was centrifuged at 13,000 rpm for 60 minutes, the supernatant was removed, and the pellet was suspended in PBS (-). The protein amount of the suspension was measured using Qubit Protein Assay Kit (Thermo Fisher Scientific, Q33211), and an exosome solution was obtained in which the protein concentration was adjusted to 10 μg / mL using PBS (-).
上記1(1)で調製した血漿試料および尿試料(それぞれn=3)475μLに対してRNaseA(10U)を加えて37℃で30分間インキュベート後、上記エクソソーム溶液25μLを添加した。得られたエクソソーム試料溶液に、1/20量の5MのNaClを添加して混合し、さらに3/20量の1%硫酸プロタミンを加えて混合した;または、得られたエクソソーム試料溶液に、1/10量の5MのNaClを添加して混合し、さらに1/10量の0.01%スペルミジンを加えて混合した。室温で10分間静置後、13,000rpmで30分間遠心し、上清を除去した。150μLのPBSを加えてペレットを溶解し、エクソソーム抽出液を得た。対照として、市販のエクソソーム抽出試薬であるTotal Exosome Isolation Kit(from plasma)(サーモフィッシャーサイエンティフィック、4484450)またはTotal Exosome Isolation Kit(from urine)(サーモフィッシャーサイエンティフィック、4484452)を用いて、同量の同試料からエクソソーム抽出液を調製した。 RNase A (10 U) was added to 475 μL of the plasma sample and urine sample (n = 3 each) prepared in 1 (1) above, and the mixture was incubated at 37 ° C for 30 minutes, and then 25 μL of the above exosome solution was added. 1/20 volume of 5 M NaCl was added to the obtained exosome sample solution and mixed, and 3/20 volume of 1% protamine sulfate was added and mixed; or 1/10 volume of 5 M NaCl was added to the obtained exosome sample solution and mixed, and 1/10 volume of 0.01% spermidine was added and mixed. After standing at room temperature for 10 minutes, the mixture was centrifuged at 13,000 rpm for 30 minutes, and the supernatant was removed. 150 μL of PBS was added to dissolve the pellet, and an exosome extract was obtained. As a control, an exosome extract was prepared from the same amount of the same sample using a commercially available exosome extraction reagent, Total Exosome Isolation Kit (from plasma) (Thermo Fisher Scientific, 4484450) or Total Exosome Isolation Kit (from urine) (Thermo Fisher Scientific, 4484452).
エクソソームの抽出効率は、エクソソーム抽出液から精製されたmiRNAを定量することにより評価した。具体的には、High Pure miRNA Isolation Kit(ロシュ・ダイアグノスティックス、5080576001)を用いてmiRNAを精製し、50μLのElution Bufferにより溶出した。次いで、Transcriptor First Strand cDNA Synthesis Kit(ロシュ・ダイアグノスティックス、0489703001)を用い、cDNAを合成した。プライマーには、ステムループRTプライマー(5’-GTCAGAGGAGGTGCAGGGTCCGAGGTATTCGCACCTCCTCTGACTCAACA-3’:配列番号1)を用いた。反応液の組成は、キット付属の説明書の記載に準じた(1/2スケール)。逆転写反応は、以下の条件により行った。 The efficiency of exosome extraction was evaluated by quantifying miRNA purified from the exosome extract. Specifically, miRNA was purified using High Pure miRNA Isolation Kit (Roche Diagnostics, 5080576001) and eluted with 50 μL of Elution Buffer. Then, cDNA was synthesized using Transcriptor First Strand cDNA Synthesis Kit (Roche Diagnostics, 0489703001). The stem loop RT primer (5'-GTCAGAGGAGGTGCAGGGTCCGAGGTATTCGCACCTCCTCTGACTCAACA-3': SEQ ID NO: 1) was used as the primer. The composition of the reaction solution was as described in the instructions included with the kit (1/2 scale). The reverse transcription reaction was carried out under the following conditions.
[反応条件]
・ステップ1(1サイクル):16℃ 30分
・ステップ2~4(60サイクル):30℃ 30秒、42℃ 30秒、50℃ 1秒
・ステップ5(1サイクル):85℃、5分
[Reaction conditions]
Step 1 (1 cycle): 16°C 30 minutes; Steps 2-4 (60 cycles): 30°C 30 seconds, 42°C 30 seconds, 50°C 1 second; Step 5 (1 cycle): 85°C, 5 minutes
得られた反応液をTE緩衝液により5倍に希釈し、cDNA溶液とした。続いて、以下の条件により、miR-21についてのリアルタイムPCRを行った。LightCycler(登録商標)96 System(ロシュ・ダイアグノスティックス)を用いて反応および解析を行い、Cp値(平均値±SD)を算出した。 The resulting reaction solution was diluted 5-fold with TE buffer to prepare a cDNA solution. Next, real-time PCR for miR-21 was performed under the following conditions. Reactions and analysis were performed using a LightCycler (registered trademark) 96 System (Roche Diagnostics), and the Cp value (mean value ± SD) was calculated.
[反応液組成(10μL)]
・cDNA溶液 2.5μL
・2×FastStart Essential DNA Probes Master(ロシュ・ダイアグノスティックス、6402682001) 5μL
・10μM フォワードプライマー(5’-GCCTGCTAGCTTATCAGACTGATG-3’:配列番号2) 0.2μL
・10μM リバースプライマー(5’-GTGCAGGGTCCGAGGT-3’:配列番号3) 0.2μL
・10μM ユニバーサルプローブライブラリー プローブ#82(ロシュ・ダイアグノスティックス、04689054001) 0.2μL
・蒸留水 残量
[Reaction solution composition (10 μL)]
・cDNA solution 2.5 μL
2x FastStart Essential DNA Probes Master (Roche Diagnostics, 6402682001) 5 μL
10 μM forward primer (5'-GCCTGCTAGCTTATCAGACTGATG-3': SEQ ID NO: 2) 0.2 μL
10 μM reverse primer (5'-GTGCAGGGTCCGAGGT-3': SEQ ID NO: 3) 0.2 μL
10 μM Universal Probe Library Probe #82 (Roche Diagnostics, 04689054001) 0.2 μL
・Distilled water remaining
[反応条件]
・ステップ1(1サイクル):95℃ 10分
・ステップ2~3(40サイクル):95℃ 10秒、60℃ 30秒
[Reaction conditions]
Step 1 (1 cycle): 95°C 10 minutes Steps 2-3 (40 cycles): 95°C 10 seconds, 60°C 30 seconds
結果を表5および6に示す。硫酸プロタミンおよびスペルミジンのいずれを用いた場合も、市販のエクソソーム抽出試薬と同等またはそれ以上の効率でエクソソームを抽出できることが示された。 The results are shown in Tables 5 and 6. It was shown that whether protamine sulfate or spermidine was used, exosomes could be extracted with efficiency equal to or greater than that of commercially available exosome extraction reagents.
表5.エクソソームを添加した血漿試料から抽出されたmiR-21のCp値
表6.エクソソームを添加した尿試料から抽出されたmiR-21のCp値
(2)試料中のエクソソームの濃縮
1mLまたは10mLのRPMI1640に、上記2(1)で調製したエクソソーム溶液を20μLまたは200μLを添加したものを試料として用いた以外は、上記2(1)と同様の手順により、硫酸プロタミンまたはスペルミジンを用いて試料中のエクソソームを抽出し、miR-21についてのCp値(平均値±SD、n=3)を算出した。
(2) Concentration of exosomes in samples Exosomes in the samples were extracted using protamine sulfate or spermidine in the same manner as in 2(1) above, except that 20 μL or 200 μL of the exosome solution prepared in 2(1) above was added to 1 mL or 10 mL of RPMI1640 and used as a sample, and the Cp value (mean ± SD, n = 3) for miR-21 was calculated.
結果を表7および8に示す。硫酸プロタミンまたはスペルミジンのいずれを用いた方法でも、出発量依存的にエクソソームの収量が増加したことが確認された。この結果から、硫酸プロタミンまたはスペルミジンのいずれを用いた方法も、高効率でエクソソームを濃縮できるものであることが示された。 The results are shown in Tables 7 and 8. It was confirmed that the exosome yield increased depending on the starting amount in either the method using protamine sulfate or spermidine. These results demonstrate that either the method using protamine sulfate or spermidine can concentrate exosomes with high efficiency.
表7.尿試料中のエクソソームの濃縮
表8.培養上清試料中のエクソソームの濃縮
(3)エクソソーム抽出に伴うリポタンパク質の混入
血漿中にはLDLやHDLといったリポタンパク質が存在しており、リポタンパク質粒子にもmiRNAが含まれる。そのため、正確なエクソソーム解析を行うためには、エクソソーム抽出におけるリポタンパク質の混入を排除する必要がある。そこで、本発明の方法におけるリポタンパク質の混入の有無を確認した。
(3) Contamination of lipoproteins accompanying exosome extraction Lipoproteins such as LDL and HDL are present in plasma, and miRNAs are also contained in lipoprotein particles. Therefore, in order to perform accurate exosome analysis, it is necessary to eliminate the contamination of lipoproteins during exosome extraction. Therefore, the presence or absence of lipoprotein contamination in the method of the present invention was confirmed.
上記1(1)で調製した血漿試料(n=2)500μLに、1/20量の5MのNaCl(富士フイルム和光純薬、191-01665)を添加して混合し、さらに3/20量の1%硫酸プロタミンを加えて混合した;または、1/10量の5MのNaClを添加して混合し、さらに1/10量の0.01%スペルミジンを加えて混合した。室温で10分間静置した後、13,000rpmで30分間遠心し、上清を回収した。ペレットに500μLのPBSを加え、ペレット溶解液(エクソソーム抽出液)を得た。対照として、市販のエクソソーム抽出試薬であるTotal Exosome Isolation Kit(from plasma)を用いて、同量の同試料から上清およびペレット溶解液を得た。上清およびペレット溶解液をクイックジェルLIPO(ヘレナ研究所、J715)に供し、エパライザ2(ヘレナ研究所)で電気泳動を行った。電気泳動の結果を画像として取得し、ImageJによりバンド強度を数値化した(解析を3重に行い、平均値±SDを算出した)。 500 μL of the plasma sample (n=2) prepared in 1(1) above was mixed with 1/20 volume of 5M NaCl (FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, 191-01665), and then mixed with 3/20 volume of 1% protamine sulfate; or 1/10 volume of 5M NaCl was added and mixed, and then 1/10 volume of 0.01% spermidine was added and mixed. After standing at room temperature for 10 minutes, the mixture was centrifuged at 13,000 rpm for 30 minutes to collect the supernatant. 500 μL of PBS was added to the pellet to obtain a pellet dissolution solution (exosome extract). As a control, a supernatant and a pellet dissolution solution were obtained from the same sample in the same amount using a commercially available exosome extraction reagent, Total Exosome Isolation Kit (from plasma). The supernatant and pellet solution were applied to Quickgel LIPO (Helena Laboratory, J715) and electrophoresis was performed using Eparizer 2 (Helena Laboratory). The electrophoresis results were obtained as images, and the band intensities were quantified using ImageJ (analysis was performed in triplicate, and the mean value ± SD was calculated).
結果を図1に示す。レーン1:血漿試料1からプロタミン処理により得られた上清、レーン2:血漿試料1からプロタミン処理により得られたペレット溶解液、レーン3:血漿試料2からプロタミン処理により得られた上清、レーン4:血漿試料2からプロタミン処理により得られたペレット溶解液、レーン5:血漿試料1からスペルミジン処理により得られた上清、レーン6:血漿試料1からスペルミジン処理により得られたペレット溶解液、レーン7:血漿試料2からスペルミジン処理により得られた上清、レーン8:血漿試料2からスペルミジン処理により得られたペレット溶解液、レーン9:血漿試料1から市販試薬処理により得られた上清、レーン10:血漿試料1から市販試薬処理により得られたペレット溶解液、レーン11:血漿試料2から市販試薬処理により得られた上清、レーン12:血漿試料2から市販試薬処理により得られたペレット溶解液、レーン13:血漿試料1、およびレーン14:血漿試料2。また、図1の各バンド強度を表9に示す。硫酸プロタミンまたはスペルミジンを用いて調製されたペレット溶解液には、リポタンパク質はごく微量しか含まれていなかったのに対し、市販のエクソソーム抽出試薬を用いて調製されたペレット溶解液には、リポタンパク質の有意な混入が確認された。この結果から、硫酸プロタミンまたはスペルミジンを用いてエクソソームを抽出する方法は、リポタンパク質の混入を最小限に抑えることができ、高純度のエクソソームを調製できるものであることが示された。 The results are shown in Figure 1. Lane 1: Supernatant obtained from plasma sample 1 by protamine treatment, lane 2: Pellet solution obtained from plasma sample 1 by protamine treatment, lane 3: Supernatant obtained from plasma sample 2 by protamine treatment, lane 4: Pellet solution obtained from plasma sample 2 by protamine treatment, lane 5: Supernatant obtained from plasma sample 1 by spermidine treatment, lane 6: Pellet solution obtained from plasma sample 1 by spermidine treatment, lane 7: Supernatant obtained from plasma sample 2 by spermidine treatment, lane 8: Pellet solution obtained from plasma sample 2 by spermidine treatment, lane 9: Supernatant obtained from plasma sample 1 by commercial reagent treatment, lane 10: Pellet solution obtained from plasma sample 1 by commercial reagent treatment, lane 11: Supernatant obtained from plasma sample 2 by commercial reagent treatment, lane 12: Pellet solution obtained from plasma sample 2 by commercial reagent treatment, lane 13: Plasma sample 1, and lane 14: Plasma sample 2. The band intensities in Figure 1 are also shown in Table 9. The pellet lysate prepared using protamine sulfate or spermidine contained only trace amounts of lipoproteins, whereas the pellet lysate prepared using a commercially available exosome extraction reagent contained significant amounts of lipoproteins. These results indicate that the method of extracting exosomes using protamine sulfate or spermidine can minimize lipoprotein contamination and prepare highly pure exosomes.
表9.エクソソーム抽出物へのリポタンパク質の混入
Claims (3)
(i)細胞外小胞および/またはセルフリーDNAを含む液体試料に、硫酸プロタミンまたはスペルミジンを添加するステップと、これにより、細胞外小胞および/またはセルフリーDNAと硫酸プロタミンまたはスペルミジンとの凝集物が得られ、
(ii)前記凝集物を回収するステップと
(iii)前記ステップ(ii)の後、プロテアーゼにより前記凝集物を消化するステップ
を含む方法。 A method for concentrating extracellular vesicles and/or cell-free DNA contained in a liquid sample, comprising:
( i ) adding protamine sulfate or spermidine to a liquid sample containing extracellular vesicles and/or cell-free DNA , thereby obtaining aggregates of the extracellular vesicles and/or cell-free DNA with protamine sulfate or spermidine;
( ii ) recovering the aggregate;
(iii) after step (ii), digesting the aggregates with a protease;
The method includes:
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