DNA-MIKROARRAYS: PROSEDYRE OG APPLIKASJONER - BIOLOGI - 2026

En DNA-mikroarray , også kalt en DNA-brikke eller DNA-mikroarray, består av en serie DNA-fragmenter forankret til en fysisk støtte av variabelt materiale, det være seg plast eller glass. Hvert DNA stykke representerer en sekvens som er komplementær til et spesifikt gen.

Hovedmålet med mikroarrayer er den sammenlignende studien av uttrykk for visse gener av interesse. For eksempel er det vanlig at denne teknikken brukes på to prøver - en under sunne forhold og en patologisk - for å identifisere hvilke gener som blir uttrykt og hvilke som ikke er i prøven med tilstanden. Nevnte prøve kan være en celle eller et vev.

Av Paphrag på engelsk Wikipedia (Overført fra en.wikipedia til Commons.), Via Wikimedia Commons

Generelt kan ekspresjonen av gener oppdages og kvantifiseres takket være bruken av fluorescerende molekyler. Manipuleringen av brikkene utføres i de fleste tilfeller av robot, og et stort antall gener kan analyseres samtidig.

Denne nye teknologien er nyttig for et bredt spekter av fagområder, fra medisinsk diagnostikk til forskjellige molekylærbiologiske studier innen proteomikk og genomikk.

Hva består den av?

DNA (deoksyribonukleinsyre) mikroarrayer er et sett med spesifikke DNA-segmenter festet til en fast matrise. Disse sekvensene er komplementære til genene som ønsker å bli studert, og det kan være opptil 10.000 gener per cm ² .

Disse egenskapene tillater en systematisk og massiv studie av genuttrykk av en organisme.

Informasjonen som en celle trenger for å fungere er kodet i enheter som kalles “gener”. Visse gener inneholder instruksjonene for å lage essensielle biologiske molekyler kalt proteiner.

Et gen blir uttrykt hvis dets DNA blir transkribert til et messenger-RNA-mellommolekyl og ekspresjonen av genet kan variere avhengig av transkripsjonsnivået for dette DNA-segmentet. I visse tilfeller kan endringen i uttrykk indikere sykdommer.

Prinsippet for hybridisering muliggjør drift av mikroarrayer. DNA er et molekyl som består av fire typer nukleotider: adenin, timin, guanin og cytosin.

For å danne den doble helixstrukturen, adenin grupper med timin og cytosin med guanin. To komplementære kjeder kan således forbindes med hydrogenbindinger.

Typer mikroarrayer

Når det gjelder strukturen til mikroarrayene, er det to varianter: det spesiallagde komplementære DNA- eller oligonukleotidene, og de kommersielle mikrodeler med høy tetthet produsert av kommersielle selskaper, som Affymetrix GeneChip.

Den første typen mikroarray tillater analyse av RNA fra to forskjellige prøver på en enkelt brikke, mens den andre variasjonen er av den kommersielle typen og har et stort antall gener (for eksempel har Affymetrix GeneChip omtrent 12 000 humane gener) som tillater å analysere en enkelt prøve.

Prosess

RNA-isolasjon

Det første trinnet i å utføre et eksperiment ved bruk av mikroarray-teknologi er isolering og rensing av RNA-molekylene (det kan være messenger-RNA eller andre typer RNA).

Hvis du ønsker å sammenligne to prøver (sunn vs. syk, kontroll kontra behandling, blant andre), må isolasjonen av molekylet i begge vevene utføres.

Produksjon og merking av cDNA

Deretter underkastes RNA en omvendt transkripsjonsprosess i nærvær av merkede nukleotider og således vil det komplementære DNA eller cDNA oppnås.

Etiketten kan være lysstoffrør og må skille mellom de to vevene som skal analyseres. På en tradisjonell måte brukes de fluoriserende forbindelsene Cy3 og Cy5, siden de avgir fluorescens på forskjellige bølgelengder. For Cy3 er det en farge nær rød og Cy5 tilsvarer spekteret mellom oransje og gult.

hybridisering

CDNA-ene blir blandet og inkubert i DNA-mikroarrayen for å tillate hybridisering (dvs. binding skjer) av cDNA fra begge prøver med den delen av DNA som er immobilisert på den faste overflaten av mikroarrayen.

En høyere prosentandel av hybridisering med sonden i mikroarrayen blir tolket som et høyere vevsuttrykk for det tilsvarende mRNA.

Systemlesing

Kvantifiseringen av uttrykket utføres ved å inkorporere et lesersystem som tildeler en fargekode til mengden fluorescens som sendes ut av hvert cDNA. Hvis for eksempel rød brukes til å markere den patologiske tilstanden og den hybridiseres i en høyere andel, vil den røde komponenten være den dominerende.

Med dette systemet kan overekspresjon eller represjon av hvert gen analysert under begge utvalgte forhold være kjent. Med andre ord kan transkriptomet av prøvene som ble evaluert i eksperimentet være kjent.

Larssono, fra Wikimedia Commons

applikasjoner

Foreløpig blir mikroarrays ansett som veldig kraftige verktøy i det medisinske feltet. Denne nye teknologien muliggjør diagnose av sykdommer og en bedre forståelse av hvordan genuttrykk modifiseres under forskjellige medisinske forhold.

Videre tillater det sammenligning av et kontrollvev og et vev behandlet med et bestemt medikament, for å studere effekten av en mulig medisinsk behandling.

For å gjøre dette, sammenlignes normaltilstanden og syketilstanden før og etter medisineadministrasjon. Ved å studere effekten av stoffet på genomet in vivo, har vi en bedre oversikt over dets virkningsmekanisme. Det kan også forstås hvorfor noen spesielle medisiner fører til uønskede bivirkninger.

Kreft

Kreft topper listene over sykdommer studert med DNA-mikroarrayer. Denne metodikken er blitt brukt for klassifisering og prognose av sykdommen, spesielt i tilfeller av leukemier.

Undersøkelsesfeltet for denne tilstanden involverer komprimering og karakterisering av molekylbasene i kreftceller for å finne mønster av genuttrykk som resulterer i feil i reguleringen av cellesyklusen og i prosessene med celledød (eller apoptose).

Andre sykdommer

Ved å bruke mikroarrayer har det vært mulig å belyse de forskjellige ekspresjonsprofilene til gener under medisinske tilstander med allergi, primære immunsvikt, autoimmune sykdommer (som revmatoid artritt) og smittsomme sykdommer.

referanser

1. Bednar, M. (2000). DNA-mikroarray-teknologi og applikasjon. Medical Science Monitor, 6 (4), MT796-MT800.
2. Kurella, M., Hsiao, LL, Yoshida, T., Randall, JD, Chow, G., Sarang, SS, … & Gullans, SR (2001). DNA mikroarray analyse av komplekse biologiske prosesser. Journal of the American Society of Nephrology, 12 (5), 1072-1078.
3. Nguyen, DV, Bulak Arpat, A., Wang, N., & Carroll, RJ (2002). DNA-mikroarray-eksperimenter: biologiske og teknologiske aspekter. Biometri, 58 (4), 701-717.
4. Plous, CV (2007). DNA-mikroarrays og deres anvendelser i biomedisinsk forskning. CENIC Magazine. Biologiske vitenskaper, 38 (2), 132-135.
5. Wiltgen, M., & Tilz, GP (2007). DNA mikroarray analyse: prinsipper og klinisk innvirkning. Hematology, 12 (4), 271-287.