使用靶基因表达的数学建模评价pi3k细胞信号传导途径活性的制作方法
【专利说明】使用靶基因表达的数学建模评价PI 3K细胞信号传导途径活性 发明领域
[0001] 本发明总体涉及生物信息学、基因组加工、蛋白质组加工和相关技术的领域。更具 体地，本发明涉及一种方法，所述方法包括至少基于医学主体的组织和/或细胞和/或体液 的提取样品中测量的ΡΙ3Κ细胞信号传导途径的一种或多种靶基因的表达水平推断医学主 体的组织和/或细胞和/或体液中的ΡΙ3Κ细胞信号传导途径的活性。本发明还涉及一种装 置，所述装置包含经配置以执行此方法的数字处理器、存储可由数字处理设备执行以执行 此方法的指令的非临时性存储介质和包含用于引起数字处理设备执行此方法的程序代码 装置的计算机程序。
[0002] 发明背景 基因组和蛋白质组分析已经基本上实现了医疗领域诸如肿瘤学中的临床应用，并且是 其潜在希望，其中已知多种癌症与基因组突变/变异和/或特定基因的高或低表达水平的特 定组合相关，其在癌症的生长和进化(例如，细胞增殖和转移）中起作用。
[0003] 例如，筛选乳腺癌样品中的细胞膜上的HER2受体的过表达目前是经执行用于鉴定 适用HER2抑制剂诸如曲妥珠单抗(Trastuzumab)的患者的标准测试。ERBB2基因的过表达 (其导致细胞膜上的HER2受体的过表达)存在于约25%至30%的所有乳腺癌中，并且与增加 的疾病复发和不良预后相关。然而，HER2受体的表达决不是用于驱动肿瘤生长的决定性指 标，因为HER2受体引发的信号传导可以例如受下游细胞信号传导途径抑制。这也似乎反映 于用曲妥珠单抗治疗的HER2阳性乳腺癌患者中的26%的初始响应率(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，February 2002，第719至726页）。除此之外，HER2 受体下游的细胞信号传导途径也可被HER2受体下游的蛋白的突变/过表达活化，导致无法 通过测量HER2表达水平来检测的相对侵袭性肿瘤类型。因此，期望能够提高表征具有肿瘤 (例如，乳腺癌）的患者的可能性，所述肿瘤至少部分由HER2受体下游的细胞信号传导途径 中存在的作用驱动。
[0004] 发明概述 本发明提供了如本文公开的新且改进的方法和装置。
[0005] 根据本发明的主要方面，以上问题通过使用靶基因表达的数学建模来推断PI3K细 胞信号传导途径的活性的方法来解决，即包括以下的方法： -至少基于医学主体的组织和/或细胞和/或体液的提取样品中测量的PI3K细胞信号 传导途径的一种或多种靶基因的表达水平推断所述医学主体的组织和/或细胞和/或体液 中的PI3K细胞信号传导途径的活性，其中所述推断包括： -测定医学主体的组织和/或细胞和/或体液的提取样品中的F0X0转录因子(TF)元件 的水平，所述F0X0 TF元件控制PI3K细胞信号传导途径的一种或多种靶基因的转录，所述测 定至少部分基于评估将PI3K细胞信号传导途径的一种或多种靶基因的表达水平与F0X0 TF 元件的水平关联的数学模型； -基于所述医学主体的组织和/或细胞和/或体液的提取样品中的FOXO TF元件的测定 水平推断所述医学主体的组织和/或细胞和/或体液中的PI3K细胞信号传导途径的活性， 其中所述推断通过使用所述数学模型的数字处理设备来执行。
[0006] 本发明基于本发明人的以下认识：鉴定HER2受体下游的细胞信号传导途径(本文 中，PI3K细胞信号传导途径）中存在的作用的合适方式可以基于细胞信号传导途径的信号 传导输出值的测量，这是-除其它-转录因子(TF)(本文中，FOXO TF元件)对靶基因的转 录，其由细胞信号传导途径控制。本文靶向的PI3K细胞信号传导途径不仅与乳腺癌关联，而 且已知在许多类型的癌症中被不当活化（Jeffrey A. Engelman, "Targeting PI3K signalling in cancer: opportunities, challenges and limitations"，Nature Reviews Cancer, No. 9，August 2009，第550至562页）。它被认为由RTK受体家族（其还 包括HER家族)调节。随后，PI3K细胞信号传导途径经由多个过程传递其接受的信号，所述多 个过程中的两个主要分支是mTOR复合物的活化和通常被称为F0X0的转录因子的家族的失 活(参见来自Jeffrey A. Engelman的上述文章中显示PI3K细胞信号传导途径的图）。本发 明集中于PI3K细胞信号传导途径和F0X0 TF家族，其活性实质上与PI3K细胞信号传导途径 的活性负相关，即，F0X0的活性实质上与PI3K细胞信号传导途径的无活性相关，而F0X0的无 活性实质上与PI3K细胞信号传导途径的活性相关。本发明使得可能通过以下测定医学主体 的组织和/或细胞和/或体液中的PI3K细胞信号传导途径的活性：（i)测定医学主体的组织 和/或细胞和/或体液的提取样品中的F0X0 TF元件的水平，其中所述测定至少部分基于评 估将PI3K细胞信号传导途径的一种或多种靶基因的表达水平(其转录受F0X0 TF元件控制） 与F0X0 TF元件的水平关联的数学模型，和（ii)基于医学主体的组织和/或细胞和/或体液 的提取样品中的F0X0 TF元件的测量水平推断医学主体的组织和/或细胞和/或体液中的 PI3K细胞信号传导途径的活性。这优选允许提高表征具有肿瘤(例如，乳腺癌）的患者的可 能性，所述肿瘤至少部分地由失调的PI3K细胞信号传导途径驱动，且因此可能响应于PI3K 细胞信号传导途径的抑制剂。
[0007] 本文中，F0X0转录因子（TF)元件被定义为含有F0X0 TF家族成员中的至少一个 (即，？(^01、？(^03六、？(^04和?(《06)的蛋白复合物，其能够结合至特定0嫩序列，从而控制靶 基因的转录。
[0008] 数学模型可以是概率模型，优选贝叶斯网络模型(Bayesian network model)，其 至少部分基于将F0X0 TF元件和医学主体的组织和/或细胞和/或体液的提取样品中测量的 PI3K细胞信号传导途径的一种或多种靶基因的表达水平关联的条件概率，或者数学模型可 以至少部分基于医学主体的组织和/或细胞和/或体液的提取样品中测量的PI3K细胞信号 传导途径的一种或多种靶基因的表达水平的一种或多种线性组合。具体而言，PI3K细胞信 号传导途径的活性的推断可以如公开的国际专利申请W0 2013/011479 A2 ("Assessment of cellular signaling pathway activity using probabilistic modeling of target gene expression"）中所公开或如公开的国际专利申请TO 2014/102668 A2 ("Assessment of cellular signaling pathway activity using linear combination(s) of target gene expressions"）中所描述进行，所述申请的内容在此以其整体并入。
[0009] 所述医学主体可以是人或动物。此外，医学主体的组织和/或细胞和/或体液可以 来自源自医学主体的细胞系和/或组织培养物，且，如果适用，在实验室中体外培养(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"间接的靶基因"（如本文所 述)。
[0010] 具体合适的靶基因描述于以下文本段落以及下文实施例中（例如参见表1至3)。
[0011] 因此，根据优选的实施方案，所述靶基因选自表3中列举的靶基因。
[0012] 特别优选的是一种方法，其中所述推断包括： -至少基于医学主体的组织和/或细胞和/或体液的提取样品中测量的PI3K细胞信号 传导途径的一种或多种，优选至少三种靶基因的表达水平推断医学主体的组织和/或细胞 和/或体液中的PI3K细胞信号传导途径的活性，所述靶基因选自：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] 进一步优选的一种方法，其中所述推断还基于医学主体的组织和/或细胞和/或体 液的提取样品中测量的PI3K细胞信号传导途径的至少一种靶基因的表达水平，所述靶基因 选自：ATP8Al、C10orfl0、CBLB、DDBl、DYRK2、ERBB3、EREG、EXTl、FGFR2、IGFlR、IGFBPl、 IGFBP3、LGMN、PPM1D、SEMA3C、SEPP1、SESN1、SLC5A3、SMAD4 和TLE4。
[0014] 进一步优选的一种方法，其中所述推断还基于医学主体的组织和/或细胞和/或体 液的提取样品中测量的PI3K细胞信号传导途径的至少一种靶基因的表达水平，所述靶基因 选自：ATG14、BIRC5、IGFBP1、KLF2、KLF4、MY0D1、PDK4、RAG 1、RAG2、SESN1、SI RT1、STK11 和 ΤΧΝΙΡο
[0015] 如果所述推断还基于选自前述段落中指定的组群的至少一种靶基因的表达水平 和选自前述段落之前段落中指定的组群的至少一种靶基因的表达水平两者，上述关于两个 组群提到的靶基因 IGFBP1和SESN1可以仅包含于所述组群之一中。
[0016] 本发明的另一个方面涉及一种方法(如本文所述），其还包括： -基于医学主体的组织和/或细胞和/或体液中的ΡΙ3Κ细胞信号传导途径的推断活性 确定ΡΙ3Κ细胞信号传导途径在医学主体的组织和/或细胞和/或体液中是否异常运行。
[0017] 本发明还涉及一种方法(如本文所述），其还包括： -为医学主体推荐开药，所述药物校正ΡΙ3Κ细胞信号传导途径的异常运行； 其中只有当基于ΡΙ3Κ细胞信号传导途径的推断活性确定ΡΙ3Κ细胞信号传导途径在医 学主体的组织和/或细胞和/或体液中异常运行时才进行所述推荐。
[0018] 本发明还涉及一种方法(如本文所述），其中所述推断包括： -至少基于医学主体的组织和/或细胞和/或体液的提取样品中测量的ΡΙ3Κ细胞信号 传导途径的靶基因组中的两种、三种或更多种靶基因的表达水平推断医学主体的组织和/ 或细胞和/或体液中的ΡΙ3Κ细胞信号传导途径的活性。
[0019] 优选地， 所述ΡΙ3Κ细胞信号传导途径的靶基因组包括选自以下的至少九种、优选所有靶基因： 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]特别优选一种方法，其中 所述PI3K细胞信号传导途径的靶基因组还包括选自以下的至少一种靶基因：ATP8A1、 C10orfl0、CBLB、DDBl、DYRK2、ERBB3、EREG、EXTl、FGFR2、IGFlR、IGFBPl、IGFBP3、LGMN、 PPM1D、SEMA3C、SEP