個 人 化 醫 療 檢 測 之 研 發 陳 怡 芳 博 士
Human Genome Project 解 讀 構 成 人 類 二 十 三 對 染 色 體 所 記 錄 的 鹼 基 (nucleotide), 並 尋 找 出 多 達 十 四 萬 各 別 基 因 (gene) 的 位 置 及 功 能 成 功 地 將 去 氧 核 醣 核 酸 (DNA) 上 約 三 十 億 個 核 苷 酸 單 元 (A C T G) 的 排 列 順 序 定 出
Gene & Disease 人 類 至 少 有 四 千 多 種 以 上 的 疾 病 與 基 因 的 變 異 有 關 約 1000 種 基 因 與 100~150 種 人 類 常 見 疾 病 相 關, 絕 大 部 分 未 被 發 現 約 5000 種 基 因 與 人 類 罕 見 疾 病 相 關, 僅 1/3 左 右 被 報 告
Causes of Genetics Disease Gene Environment Gatekeeper Gene Caretaker Gene Exogenous Agents Endogenous Agents and Mechanism
Central Theory
個 人 化 醫 療 以 適 合 於 個 人 且 依 個 體 基 因 型 (SNP) 及 基 因 表 現 (mrna) 之 差 異, 對 每 一 獨 立 個 體 進 行 特 異 性 的 醫 療 行 為 藉 由 基 因 檢 測 技 術 針 對 個 體 差 異 的 基 因 型 (SNP) 和 參 與 各 項 基 因 疾 病 分 子 機 轉 有 關 的 基 因 表 現 變 化 (mrna) 進 行 分 析 可 提 高 臨 床 各 種 基 因 疾 病 的 正 確 診 斷 率, 對 疾 病 預 後 評 估 及 用 藥 也 可 更 有 效 益
個 人 化 醫 療 檢 測 藉 基 因 檢 測 技 術 針 對 個 體 差 異 的 基 因 型 (DNA) 和 參 與 各 項 基 因 疾 病 分 子 機 轉 有 關 的 基 因 表 現 變 化 (mrna) 進 行 分 析, 藉 此 了 解 個 體 之 獨 特 性 表 現, 並 將 此 部 分 結 果 應 用 於 臨 床 養 生 保 健 與 疾 病 診 治
個 人 化 醫 療 檢 測 開 發
疾 病 為 何 找 上 門?! 醫 生, 我 生 活 作 息 正 常, 為 什 麼 還 是 會 得 糖 尿 病 呢? 病 恩 ~~ 是 你 體 質 比 較 不 好 喔!!!!!! 原 來 會 不 會 得 病! 跟 體 質 有 關 啊 GCTAATCC GCTAATCC
體 質 是 什 麼? 體 質 即 代 表 了 個 體 的 基 因 差 異, 因 為 這 種 根 本 的 DNA 序 列 不 同 造 就 了 每 個 人 對 於 各 式 疾 病 罹 患 率 的 差 別 體 質 = 個 體 基 因 型 差 異
個 體 基 因 差 異 基 因 多 型 性 你 我 體 內 的 基 因 都 相 同 嗎?! 不! 不 同 的! 在 不 同 個 體 間 的 基 因 皆 有 著 差 異, 統 稱 為 基 因 多 型 性 參 考 文 獻 :B. Bessenyei, 2004;Barkur S., 2002 我 有 好 的 基 因 型 我 有 壞 的 基 因 型 AAT AGT 好 體 質 壞 體 質 疾 病 低 發 生 率 者 疾 病 好 發 者
轉 錄 作 用 ( 轉 錄 剪 裁 RNA) RNA polymerase III DNA trna trna ( 攜 送 RNA) rrna mrna ( 傳 訊 RNA) 轉 譯 作 用 ( 合 成 蛋 白 質 ) trna 攜 帶 氨 基 酸 氨 基 酸 至 核 醣 體 合 成 蛋 白 質 mrna mrna trna rrna 蛋 白 蛋 質 白 質 核 糖 體 核 醣 體 RNA 插 入 子 表 現 子 DNA hnrna 細 胞 核 rrna ( 核 醣 體 RNA) nuclear pore mrna 運 送 至 細 胞 質 細 胞 膜 細 胞 質 圖 二. 真 核 細 胞 的 轉 錄 及 轉 譯 作 用
Major Categories of Genetic Disease 1) Single gene disorders: Rare 正 常 細 胞 疾 病 細 胞 2) Polygenic disorders: Common 正 常 細 胞 癌 細 胞
DNA damage---- ----mutation Disease
Molecular genetic approaches to the identification of genes involved in diseases (A) Searching for a chromosomal region containing a susceptibility gene Linkage study (families with two or more affected siblings) (B) Candidate genes: family study (sib-pair study) case-control study (association study)
Our study aim Development the technique to analyze the susceptibility genes of chronic diseases ( Cancer, Diabetes, Cardiovascular diseases, Dementia) in Taiwan
Susceptibility genes from reference Cancer Diabetes Cardiovascular diseases ATM MDM2 SMYD3 BRCA CYP1A1 CYP19 SMYD3 APC CCND1 MYH PPAR-γ PGC-1 ABCC AGT enos ADRB 2 ADRB 3 CAPN-10 MBL2 ApoE HRAS1 MTHFR Tp53 ACE AGT AGTR1 CETP MTHFR Apo C Apo E SCN5A Dementia APP ApoE PSEN1 PSEN2 LRP1 TF HFE ACE IL1A HLA-A MPO A2M SEL1L
Data Collection and SNP defined Diabetes Gene Name PPAR-γ PGC-1 ABCC exon18 ABCC exon31 AGT enos ADRB 2 ADRB 3 CAPN-10 MBL2 ApoE Risk AA/PA AA AA/AG X AA AA/AG TT TT/MT TT/TG AA X GG AA/AG E4 carrier
Specimen Normal (n=300) DM (n=706) P Age 59.42 ± 13.16 59.38 ± 11.30 0.985 Sex (male female) 142 158 340 366 BMI 24.15 ± 3.69 26.39 ± 3.86 <0.0001 Waist 77.75 ± 10.69 89.24 ± 9.58 <0.0001 SBP (mmhg) 125.75 ± 17.30 130.12 ± 16.72 0.0003 DBP (mmhg) 80.43 ± 12.58 78.08 ± 9.76 0.0052 Chol (mg/dl) 185.54 ± 35.90 211.64 ± 55.69 <0.0001 TG (mg/dl) 93.55 ± 65.04 179.91 ± 176.54 <0.0001 LDL (mg/dl) 113.75 ± 34.29 134.66 ± 97.26 <0.0001 HDL (mg/dl) 53.69 ± 12.59 45.53 ± 27.45 <0.0001 UA (mg/dl) 5.39 ± 1.28 6.99 ± 14.33 0.0094 GPT 27.80 ± 24.11 30.14 ± 19.36 0.202 Sugar (AC) (mg/dl) 85.84 ± 14.99 150.73 ± 56.19 <0.0001 Insulin 8.37 ± 9.99 8.40 ± 16.79 0.975 hscrp 1.69 ± 4.23 2.81 ± 5.54 0.0027
Result Gene Name Risk OR PPAR-γ AA/PA 1.90 0.002 PGC-1 AA 4.44 <0.0001 AA/AG 1.88 <0.0001 ABCC exon18 X ABCC exon31 AA 3.79 <0.0001 AA/AG 2.14 <0.0001 AGT TT 3.46 <0.0001 TT/MT 1.51 0.004 enos TT/TG 1.19 0.0005 ADRB 2 AA 1.56 0.03 ADRB 3 X CAPN-10 GG 1.99 <0.0001 MBL2 AA/AG 1.91 <0.0001 ApoE E4 carrier 0.60 0.017 P
Miss Wang, age: 60, durations of diabetes: 24 years PPARr: (AP) PGC-1: (AG) ABCC(18) : (CT) ABCC(31): (AA) AGT: (TM ) enos: (TT) ADRB2: (GG) ADRB3: (TT) CAPN-10: (AA) ApoE: (E3E3) MBL2: (GG) ACE: ID
Mr Chen, age: 60, durations of diabetes: 4 years PPARr: (AP) PGC-1: (AA) ABCC(18) : (CT) ABCC(31): (AA) AGT: (TT) enos: (TT) ADRB2: (AG) ADRB3: (TT) CAPN-10: (AA) ApoE: (E3E3) MBL2: (AG) ACE: DD
個 人 化 醫 療 檢 測 開 發 ~ 癌 症 診 斷 ~
Genes & Cancer Three classes of genes are mutated frequently in cancer: a. Proto-oncogenes, whose products normally stimulate cell proliferation. b. Tumor suppressor genes, whose products normally inhibit proliferation. c. Mutator genes, whose products ensure accurate replication and maintenance of the genome.
Cancer Diagnosis Image Invasive visitation Genetic Diagnosis
Genetic Diagnosis Detecting the gene expression of the cancer cell Sensitivity & Specificity
Central Theory
Diagnostic Targets
Sample Types Tissue Blood Urine Stool Body Fluid
Angiogenesis Solid tumors as small as 2 mm in diameter typically display active angiogenesis Folkman et al, 1993
Diffuseness of Cancer Cell Apoptosis Shedding Micrometastasis
Diffuseness of Cancer Cell Nature 2000
Diagnostic Technology Traditional Technology-- Northern Blotting Analysis Real Time PCR Microarray analysis Oligonucleotide hybridization with colorimetric detection Advanced Technology Chemiluminescent multiple marker detection system
Technique for detecting the limited cells Establish the operative stage for detecting the gene expression of the limited cells
Sensitivity of C-MMDS Cell Numbers in 5 c.c blood. 20 10 5 2 Array Image result + (16/22) + (12/22) - (3/22) - (1/22)
Development Flow Chart Subtractive Suppression Hybridization Microarray analysis Gene validation Statistical Analysis Clinical test Chip design & development
Image result (+) (-)
Data analysis -- R.O.C curve 1.00 0.80 Numbers_of_genes Sensitivity 0.60 0.40 0.20 0.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1-Specificity
Preliminary Data Colorectal Cancer Breast Cancer Lung Cancer Gastric Cancer Gene Number 26 20 28 21 Sensitivity Specificity 92.7 % 91.0 % 93.6 % 91.8 % 94.0 % 92.0 % 93.8 % 92.6 %
靈敏度-90% 特異性-91% 準確度-90% 1.Chung et al Am J Surg Path(2005) 2. Cheng et al,chest (2005) 3.Sheu et al, Int J Cancer (2006) 4.Sheu et al, Oncogene(2006) 靈敏度-90% 特異性-91% 準確度-92% 1.Chen et al, Cancer Lett. (2005 ) 靈敏度-90% 特異性-89% 準確度-90% 1.Yang et al. Int. Hepatobiliary Pancreat Dis (2005) 靈敏度-92% 特異性-91% 準確度-92% 1.Wu et al, Int J Cancer (2005)2. Uen et al, Clinica Chimica Acta (2005)3. Wu et al, Dis Markers (2005) 靈敏度-94% 特異性-94% 準確度-93% 1.Wang et al, World J Surg (2005) 2. Wang et al, Oncol Rep. (2005) 3. Yeh et al, Int J Oncol. (2006)
Clinical Application Early diagnosis Molecular staging Postoperative follow-up Personalized medicine Prognosis Screening