DNA microarrays ในสิ่งที่ประกอบด้วยขั้นตอนและการใช้งาน



DNA microarray, เรียกอีกอย่างว่าชิพ DNA หรือ DNA microarray มันประกอบด้วยชุดของชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่ยึดกับการสนับสนุนทางกายภาพของวัสดุที่แปรผันไม่ว่าจะเป็นพลาสติกหรือแก้ว ดีเอ็นเอแต่ละชิ้นแสดงถึงลำดับที่สมบูรณ์ของยีนจำเพาะ.

วัตถุประสงค์หลักของ microarrays คือการศึกษาเปรียบเทียบการแสดงออกของยีนที่น่าสนใจ ยกตัวอย่างเช่นเป็นเรื่องธรรมดาที่เทคนิคนี้ใช้กับสองตัวอย่าง - หนึ่งภายใต้สภาวะที่มีสุขภาพดีและมีพยาธิสภาพหนึ่ง - เพื่อระบุยีนที่จะถูกแสดงออกและที่ไม่ได้อยู่ในตัวอย่างที่นำเสนอเงื่อนไข ตัวอย่างดังกล่าวอาจเป็นเซลล์หรือเนื้อเยื่อ.

โดยทั่วไปการแสดงออกของยีนสามารถตรวจพบและวัดปริมาณด้วยการใช้โมเลกุลเรืองแสง การยักย้ายถ่ายเทของชิปนั้นดำเนินการในกรณีส่วนใหญ่โดยหุ่นยนต์และสามารถทำการวิเคราะห์ยีนจำนวนมากพร้อมกันได้.

นวัตกรรมเทคโนโลยีนี้มีประโยชน์สำหรับหลากหลายสาขาวิชาตั้งแต่การวินิจฉัยทางการแพทย์ไปจนถึงการศึกษาชีววิทยาโมเลกุลต่าง ๆ ในด้านโปรตีโอมิกส์และจีโนม.

ดัชนี

  • 1 ประกอบด้วยอะไร?
    • 1.1 ประเภทของ microarray
  • 2 ขั้นตอน
    • 2.1 การแยก RNA
    • 2.2 การผลิตและการติดฉลาก cDNA
    • 2.3 การผสมพันธุ์
    • 2.4 การอ่านระบบ
  • 3 แอปพลิเคชัน
    • 3.1 โรคมะเร็ง
    • 3.2 โรคอื่น ๆ
  • 4 อ้างอิง

มันประกอบด้วยอะไร??

DNA microarrays (กรด deoxyribonucleic) เป็นชุดของส่วนดีเอ็นเอเฉพาะที่ติดอยู่กับเมทริกซ์ที่เป็นของแข็ง ลำดับเหล่านี้ประกอบกับยีนที่ต้องการศึกษาและอาจมียีนมากถึง 10,000 ยีนต่อเซนติเมตร2.

ลักษณะเหล่านี้ช่วยให้การศึกษาการแสดงออกของยีนของสิ่งมีชีวิตและเป็นระบบ.

ข้อมูลที่เซลล์ต้องการสำหรับการทำงานของมันถูกเข้ารหัสในหน่วยที่เรียกว่า "ยีน" ยีนบางอย่างมีคำแนะนำสำหรับการสร้างโมเลกุลทางชีววิทยาที่สำคัญที่เรียกว่าโปรตีน.

ยีนจะถูกแสดงออกหาก DNA ของมันถูกถ่ายทอดไปยังโมเลกุลตัวกลางของ Messenger RNA และการแสดงออกของยีนนั้นอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระดับของการถอดความของส่วนของ DNA นี้ ในบางกรณีการเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกอาจบ่งบอกถึงโรค.

หลักการไฮบริไดเซชันทำให้การทำงานของไมโครเรย์เป็นไปได้ DNA เป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สี่ประเภท: อะดีน, ไทมีน, กัวนีนและไซโตซีน.

ในการสร้างโครงสร้างขดลวดคู่อะดีนีนจะถูกจัดกลุ่มด้วยไทมีนและไซโตซีนกับกัวนีน ดังนั้นสองโซ่เสริมสามารถเชื่อมโยงกันด้วยพันธะไฮโดรเจน.

ประเภทของ microarrays

ในแง่ของโครงสร้างของ microarrays มีสองรูปแบบ: สารประกอบส่วนบุคคลของดีเอ็นเอเสริมหรือ oligonucleotides และ microarrays ความหนาแน่นสูงเชิงพาณิชย์ที่ผลิตโดย บริษัท การค้าเช่น Affymetrix GeneChip.

microarray ชนิดแรกช่วยให้การวิเคราะห์ RNA จากสองตัวอย่างที่แตกต่างกันบนชิปตัวเดียวในขณะที่การเปลี่ยนแปลงครั้งที่สองเป็นประเภทการค้าและมียีนจำนวนมาก (ตัวอย่างเช่น Affymetrix GeneChip มียีนมนุษย์ประมาณ 12,000 ตัว) ตัวอย่างเดียว.

กระบวนการ

การแยก RNA

ขั้นตอนแรกในการทำการทดลองโดยใช้เทคโนโลยี microarray คือการแยกและทำให้บริสุทธิ์ของโมเลกุล RNA (สามารถเป็น messenger RNA หรือ RNA ชนิดอื่น ๆ ).

หากคุณต้องการเปรียบเทียบตัวอย่างสองตัวอย่าง (สุขภาพดีกับผู้ป่วย, การควบคุมและการรักษา ฯลฯ ) การแยกโมเลกุลในเนื้อเยื่อทั้งสองควรทำ.

การผลิตและการติดฉลากของ cDNA

ต่อจากนั้นอาร์เอ็นเออยู่ภายใต้กระบวนการของการถอดความแบบย้อนกลับในที่ที่มีนิวคลีโอไทด์ที่มีป้ายกำกับและดังนั้นจึงจะได้รับ DNA เสริมหรือ cDNA.

ฉลากสามารถเรืองแสงได้และจะต้องมีความแตกต่างระหว่างเนื้อเยื่อทั้งสองที่จะวิเคราะห์ สารประกอบฟลูออเรสเซนต์ Cy3 และ Cy5 นั้นใช้กันทั่วไปเนื่องจากพวกมันเปล่งแสงที่ความยาวคลื่นต่างกัน ในกรณีของ Cy3 มันเป็นสีที่ใกล้เคียงกับสีแดงและ Cy5 สอดคล้องกับสเปกตรัมระหว่างสีส้มและสีเหลือง.

การผสมพันธุ์

cDNA นั้นผสมและบ่มใน DNA microarray เพื่อให้มีการผสมพันธุ์ (เช่นเกิดการจับ) ของ cDNA จากทั้งสองตัวอย่างที่มีส่วน DNA ตรึงบนพื้นผิวที่แข็งของ microarray.

เปอร์เซ็นต์ที่สูงขึ้นของการผสมพันธุ์กับโพรบใน microarray ถูกตีความว่าเป็นการแสดงออกของเนื้อเยื่อที่มากขึ้นของ mRNA ที่สอดคล้องกัน.

ระบบการอ่าน

การหาปริมาณของนิพจน์นั้นกระทำโดยการรวมระบบเครื่องอ่านที่กำหนดรหัสสีให้กับปริมาณของแสงที่เปล่งออกมาโดยแต่ละ cDNA ตัวอย่างเช่นหากใช้สีแดงเพื่อทำเครื่องหมายสภาพพยาธิสภาพและผสมในสัดส่วนที่มากขึ้นส่วนประกอบสีแดงจะเป็นองค์ประกอบหลัก.

ด้วยระบบนี้เป็นไปได้ที่จะทราบถึงการแสดงออกที่มากเกินไปหรือการกดขี่ของยีนแต่ละตัวที่วิเคราะห์ในทั้งสองเงื่อนไขที่เลือก กล่าวอีกนัยหนึ่งคุณสามารถทราบ transcriptome ของตัวอย่างที่ประเมินในการทดสอบ.

การใช้งาน

ปัจจุบัน microarrays ถือเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังมากในด้านการแพทย์ เทคโนโลยีใหม่นี้ช่วยให้การวินิจฉัยโรคและความเข้าใจที่ดีขึ้นของการแสดงออกของยีนที่มีการปรับเปลี่ยนภายใต้เงื่อนไขทางการแพทย์ที่แตกต่างกัน.

นอกจากนี้ยังช่วยให้การเปรียบเทียบของเนื้อเยื่อควบคุมและเนื้อเยื่อที่ได้รับการรักษาด้วยยาบางชนิดเพื่อศึกษาผลของการรักษาทางการแพทย์ที่เป็นไปได้.

เมื่อต้องการทำสิ่งนี้สถานะปกติและสถานะที่เป็นโรคจะถูกเปรียบเทียบก่อนและหลังการใช้ยา เมื่อศึกษาถึงผลของยาที่มีต่อจีโนม ในร่างกาย คุณมีภาพรวมที่ดีขึ้นของกลไกการทำงานของมัน นอกจากนี้ยังสามารถเข้าใจได้ว่าทำไมยาบางชนิดนำไปสู่ผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์.

โรคมะเร็ง

มะเร็งเป็นหนึ่งในรายการโรคที่ศึกษาด้วย DNA microarrays metosology นี้ถูกใช้สำหรับการจำแนกและการพยากรณ์โรคโดยเฉพาะในกรณีของโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว.

การตรวจสอบสภาพนี้เกี่ยวข้องกับการบีบอัดและการหาลักษณะของฐานโมเลกุลของเซลล์มะเร็งเพื่อค้นหารูปแบบการแสดงออกของยีนที่ทำให้เกิดความล้มเหลวในการควบคุมวงจรของเซลล์และในกระบวนการตายของเซลล์ (หรือ apoptosis).

โรคอื่น ๆ

ผ่านการใช้ microarrays เราสามารถอธิบายโปรไฟล์ของการแสดงออกที่แตกต่างของยีนในเงื่อนไขทางการแพทย์ของโรคภูมิแพ้ภูมิคุ้มกันบกพร่องหลักโรคภูมิต้านตนเอง (เช่นโรคไขข้ออักเสบ) และโรคติดเชื้อ.

การอ้างอิง

  1. Bednar, M. (2000) เทคโนโลยีและการประยุกต์ใช้ DNA microarray. การตรวจสอบวิทยาศาสตร์การแพทย์, 6(4), MT796-MT800.
  2. Kurella, M. , Hsiao, L. , Yoshida, T. , Randall, J. D. , Chow, G. , Sarang, S. , ... & Gullans, S. R. (2001) การวิเคราะห์ DNA microarray ของกระบวนการทางชีวภาพที่ซับซ้อน. วารสารสมาคมโรคไตแห่งอเมริกา, 12(5), 1072-1078.
  3. เหงียน, D.V. , Bulak Arpat, A. , Wang, N. , & Carroll, R.J. (2002) การทดลอง DNA microarray: แง่มุมทางชีวภาพและเทคโนโลยี. Biometrics, 58(4), 701-717.
  4. Plous, C. V. (2007) DNA microarrays และการประยุกต์ในงานวิจัยทางชีวการแพทย์. นิตยสารเซ็นติค วิทยาศาสตร์ชีวภาพ, 38(2), 132-135.
  5. Wiltgen, M. , & Tilz, G. P. (2007) การวิเคราะห์ DNA microarray: หลักการและผลกระทบทางคลินิก. โลหิตวิทยา, 12(4), 271-287.