Микроматрицы ДНК, в чем они состоят, процедура и применение



ДНК-микрочип, Также называемый ДНК-чипом или ДНК-микрочипом, он состоит из серии фрагментов ДНК, прикрепленных к физической подложке из переменного материала, будь то пластик или стекло. Каждый кусок ДНК представляет собой последовательность, комплементарную определенному гену.

Основная цель микрочипов - сравнительное изучение экспрессии определенных генов, представляющих интерес. Например, распространено, что этот метод применяется к двум образцам - один в здоровых условиях и один патологический - чтобы определить, какие гены экспрессируются, а какие нет в образце, который представляет состояние. Указанный образец может быть клеткой или тканью.

Как правило, экспрессия генов может быть обнаружена и определена количественно благодаря использованию флуоресцентных молекул. Манипулирование чипами в большинстве случаев выполняется роботом, и одновременно можно анализировать большое количество генов..

Эта инновационная технология полезна для широкого спектра дисциплин, от медицинской диагностики до различных исследований молекулярной биологии в области протеомики и геномики..

индекс

  • 1 Из чего он состоит??
    • 1.1 Типы микрочипов
  • 2 Процедура
    • 2.1 Выделение РНК
    • 2.2 Производство и маркировка кДНК
    • 2.3 Гибридизация
    • 2.4 Системное чтение
  • 3 Приложения
    • 3.1 Рак
    • 3.2 Другие болезни
  • 4 Ссылки

Из чего он состоит??

ДНК-микрочипы (дезоксирибонуклеиновая кислота) представляют собой набор специфических сегментов ДНК, прикрепленных к твердой матрице. Эти последовательности дополняют гены, которые желают изучать, и их может быть до 10000 генов на см2.

Эти характеристики позволяют систематически и массово изучать экспрессию генов организма.

Информация, которая нужна клетке для ее работы, кодируется в единицах, называемых «генами». Некоторые гены содержат инструкции по созданию необходимых биологических молекул, называемых белками.

Ген экспрессируется, если его ДНК транскрибируется в промежуточную молекулу мессенджерной РНК, и экспрессия гена может варьироваться в зависимости от уровня транскрипции этого сегмента ДНК. В некоторых случаях изменение экспрессии может свидетельствовать о заболеваниях..

Принцип гибридизации делает возможной работу микрочипов. ДНК представляет собой молекулу, состоящую из четырех типов нуклеотидов: аденин, тимин, гуанин и цитозин.

Для формирования двойной спиральной структуры аденин группируется с тимином, а цитозин - с гуанином. Таким образом, две комплементарные цепи могут быть связаны водородными связями.

Типы микрочипов

С точки зрения структуры микрочипов существует два варианта: персонализированные соединения комплементарной ДНК или олигонуклеотидов и коммерческие микрочипы высокой плотности, выпускаемые коммерческими компаниями, такими как Affymetrix GeneChip.

Первый тип микрочипов позволяет анализировать РНК из двух разных образцов на одном чипе, тогда как второй вариант относится к коммерческому типу и имеет большое количество генов (например, Affymetrix GeneChip имеет около 12 000 генов человека), что позволяет проводить анализ один образец.

процесс

Выделение РНК

Первым шагом для проведения эксперимента с использованием технологии микрочипов является выделение и очистка молекул РНК (это может быть мессенджер РНК или другие типы РНК).

Если вы хотите сравнить две пробы (здоровые и больные, контроль и лечение и др.), Необходимо провести выделение молекулы в обеих тканях..

Производство и маркировка кДНК

Впоследствии РНК подвергается процессу обратной транскрипции в присутствии меченых нуклеотидов, и, таким образом, будет получена комплементарная ДНК или кДНК..

Метка может быть флуоресцентной и должна различаться для двух анализируемых тканей. Флуоресцентные соединения Cy3 и Cy5 традиционно используются, поскольку они излучают флуоресценцию на разных длинах волн. В случае Cy3 это цвет, близкий к красному, а Cy5 соответствует спектру между оранжевым и желтым.

гибридизация

КДНК смешивают и проводят инкубацию в микроматрице ДНК, чтобы сделать возможной гибридизацию (т.е. происходит связывание) кДНК из обоих образцов с участком ДНК, иммобилизованным на твердой поверхности микроматрицы..

Более высокий процент гибридизации с зондом в микроматрице интерпретируется как большая экспрессия в ткани соответствующей мРНК..

Системное чтение

Количественная оценка экспрессии осуществляется путем включения системы считывателя, которая присваивает цветовой код количеству флуоресценции, испускаемой каждой кДНК. Например, если красный цвет используется для обозначения патологического состояния и он гибридизуется в большей пропорции, красный компонент будет преобладающим.

С помощью этой системы можно узнать сверхэкспрессию или репрессию каждого гена, анализируемого в обоих выбранных условиях. Другими словами, вы можете знать транскриптом образцов, оцененных в эксперименте.

приложений

В настоящее время микрочипы считаются очень мощными инструментами в области медицины. Эта новая технология позволяет диагностировать заболевания и лучше понимать, как изменяется экспрессия генов в различных медицинских условиях..

Кроме того, он позволяет сравнивать контрольную ткань и ткань, обработанную определенным лекарственным средством, для изучения последствий возможного медицинского лечения..

Для этого сравнивают нормальное состояние и болезненное состояние до и после приема препарата. При изучении влияния препарата на геном в естественных условиях у вас есть лучший обзор механизма его действия. Кроме того, можно понять, почему некоторые конкретные лекарства приводят к нежелательным побочным эффектам..

рак

Рак возглавляет список болезней, изучаемых с помощью микрочипов ДНК. Эта методология была использована для классификации и прогноза заболевания, особенно в случаях лейкемии.

Область исследования этого состояния включает сжатие и характеристику молекулярных основ раковых клеток, чтобы найти паттерны экспрессии генов, которые приводят к сбоям в регуляции клеточного цикла и в процессах гибели клеток (или апоптоза)..

Другие болезни

Благодаря использованию микрочипов нам удалось выяснить профили дифференциальной экспрессии генов в медицинских условиях аллергий, первичных иммунодефицитов, аутоиммунных заболеваний (таких как ревматоидный артрит) и инфекционных заболеваний..

ссылки

  1. Беднар, М. (2000). Технология и применение микроматрицы ДНК. Медицинский научный монитор, 6(4), MT796-MT800.
  2. Kurella, M., Hsiao, L., Yoshida, T., Randall, J.D., Chow, G., Sarang, S., ... & Gullans, S.R. (2001). ДНК-микроматричный анализ сложных биологических процессов. Журнал Американского общества нефрологов, 12(5), 1072-1078.
  3. Нгуен Д.В., Булак Арпат А., Ван Н. и Кэрролл Р.Дж. (2002). Эксперименты с микроматрицами ДНК: биологические и технологические аспекты. биометрия, 58(4), 701-717.
  4. Plous, C.V. (2007). ДНК-микрочипы и их применение в биомедицинских исследованиях. CENIC Журнал. Биологические науки, 38(2), 132-135.
  5. Wiltgen, M. & Tilz, G.P. (2007). Анализ ДНК-микрочипов: принципы и клиническое влияние. гематология, 12(4), 271-287.