DNA-Microarrays in was es besteht, Verfahren und Anwendungen

A DNA-Mikroarray, Auch DNA-Chips oder DNA-Mikroarray genannt verankert ist aus einer Reihe von DNA-Fragmenten zusammengesetzt ist, um ein variable physikalisches Trägermaterial, entweder aus Kunststoff oder Glas. Jedes DNA-Stück repräsentiert eine Sequenz, die zu einem spezifischen Gen komplementär ist.

Das Hauptziel von Microarrays ist die vergleichende Untersuchung der Expression bestimmter Gene von Interesse. Zum Beispiel ist es üblich, dass diese Technik auf zwei Proben angewandt wird, - ein in gesunden und pathologischen Zuständen - um zu identifizieren, welche Gene exprimiert werden und welche nicht in der Probe hat den Zustand. Die Probe kann eine Zelle oder ein Gewebe sein.

Im Allgemeinen kann die Expression der Gene dank der Verwendung fluoreszierender Moleküle nachgewiesen und quantifiziert werden. Die Manipulation der Chips erfolgt in den meisten Fällen durch Roboter und eine große Anzahl von Genen kann gleichzeitig analysiert werden.

Diese innovative Technologie eignet sich für eine Vielzahl von Disziplinen, von der medizinischen Diagnose bis hin zu verschiedenen molekularbiologischen Studien auf den Gebieten der Proteomik und Genomik.

Index

• 1 Was ist das?
  • 1.1 Arten von Microarrays
• 2 Verfahren
  • 2.1 RNA-Isolierung
  • 2.2 Herstellung und Markierung von cDNA
  • 2.3 Hybridisierung
  • 2.4 System lesen
• 3 Anwendungen
  • 3.1 Krebs
  • 3.2 Andere Krankheiten
• 4 Referenzen

Was ist das?

DNA-Microarrays (Desoxyribonukleinsäure) sind eine Reihe spezifischer DNA-Segmente, die an eine feste Matrix gebunden sind. Diese Sequenzen sind komplementär zu den Genen, die untersucht werden sollen, und es kann bis zu 10.000 Gene pro cm geben².

Diese Eigenschaften ermöglichen das systematische und massive Studium der Genexpression eines Organismus.

Die Information, die eine Zelle für ihre Operation benötigt, ist in Einheiten kodiert, die "Gene" genannt werden. Bestimmte Gene enthalten Anweisungen zur Erzeugung essenzieller biologischer Moleküle, die Proteine ​​genannt werden.

Gen exprimiert wird, wenn eine DNA in ein Zwischen messenger-RNA-Moleküle transkribiert wird und die Expression des Gens kann in Abhängigkeit von dem Niveau der Transkription dieses DNA-Segments variieren. In bestimmten Fällen kann die Veränderung der Expression auf Krankheiten hinweisen.

Das Prinzip der Hybridisierung ermöglicht die Funktion der Microarrays. DNA ist ein Molekül, das aus vier Arten von Nukleotiden besteht: Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.

Um die Doppelhelixstruktur zu bilden, wird Adenin mit Thymin und Cytosin mit Guanin gruppiert. So können zwei komplementäre Ketten durch Wasserstoffbrücken verbunden sein.

Arten von Microarrays

Was die Struktur von Mikroarrays gibt es zwei Varianten: das nach Maß komplementäre DNA oder Oligonukleotid-Mikroarrays und kommerzielle Hoch durch kommerzielle Unternehmen wie Affymetrix Genechip hergestellt Dichte.

Der erste Typ von Mikroarrays erlaubt die Analyse von RNA, die aus zwei unterschiedlichen Proben, die in einem einzigen Chip, während die zweite Variante des Handelstypen ist und eine große Anzahl von Genen (zum Beispiel des Affymetrix Genechip hat ca. 12.000 menschliche Gene) ermöglicht Analyse eine einzelne Probe.

Verfahren

RNA-Isolierung

Der erste Schritt zur Durchführung eines Experiments unter Verwendung der Microarray-Technologie ist die Isolierung und Reinigung von RNA-Molekülen (kann Boten-RNA oder andere Arten von RNA sein).

Wenn Sie zwei Proben (gesund versus krank, Kontrolle vs. Behandlung ua) vergleichen wollen, muss die Isolierung des Moleküls in beiden Geweben durchgeführt werden.

Produktion und Markierung von cDNA

Anschließend wird die RNA einem Prozess der reversen Transkription in Gegenwart von markierten Nukleotiden unterzogen und somit wird die komplementäre DNA oder cDNA erhalten.

Die Markierung kann fluoreszierend sein und muss zwischen den zwei zu analysierenden Geweben differenzierbar sein. Die fluoreszierenden Verbindungen Cy3 und Cy5 werden traditionell verwendet, da sie Fluoreszenz bei verschiedenen Wellenlängen emittieren. Im Fall von Cy3 ist es eine Farbe nahe an Rot und Cy5 entspricht dem Spektrum zwischen Orange und Gelb.

Hybridisierung

CDNAs werden gemischt, und die Schnitte wurden in dem DNA-Mikroarray inkubiert Hybridisierung zu ermöglichen (das heißt, die Bindung stattfindet) cDNA aus beiden Proben, die mit dem DNA-Teil an der festen Oberfläche des Mikroarrays immobilisiert.

Ein höherer Prozentsatz der Hybridisierung mit der Sonde im Microarray wird als eine größere Gewebeexpression der entsprechenden mRNA interpretiert.

System lesen

Die Quantifizierung der Expression erfolgt durch Einbeziehen eines Lesersystems, das der von jeder cDNA emittierten Fluoreszenzmenge einen Farbcode zuordnet. Wenn zum Beispiel rot verwendet wird, um den pathologischen Zustand zu markieren, und es zu einem größeren Anteil hybridisiert, wird die rote Komponente die vorherrschende sein.

Mit diesem System ist es möglich, die Überexpression oder die Repression jedes analysierten Gens in beiden ausgewählten Zuständen zu erkennen. Mit anderen Worten, das Transkriptom der in dem Experiment bewerteten Proben kann bekannt sein.

Anwendungen

Derzeit gelten Microarrays als sehr leistungsfähige Werkzeuge in der Medizin. Diese neue Technologie ermöglicht die Diagnose von Krankheiten und ein besseres Verständnis dafür, wie die Genexpression unter verschiedenen medizinischen Bedingungen verändert wird.

Darüber hinaus erlaubt es den Vergleich eines Kontrollgewebes und eines mit einem bestimmten Medikament behandelten Gewebes, um die Auswirkungen einer möglichen medizinischen Behandlung zu untersuchen.

Um dies zu tun, werden der Normalzustand und der Krankheitszustand vor und nach der Verabreichung des Arzneimittels verglichen. Bei der Untersuchung der Wirkung des Medikaments auf das Genom in vivo Sie haben einen besseren Überblick über den Wirkungsmechanismus. Darüber hinaus kann verstanden werden, warum einige bestimmte Medikamente zu unerwünschten Nebenwirkungen führen.

Krebs

Krebs führt die Liste der Krankheiten, die mit DNA-Microarrays untersucht wurden. Diese Metosologie wurde für die Klassifizierung und Prognose der Krankheit verwendet, insbesondere bei Leukämie.

Das Gebiet der Untersuchung dieses Zustands beinhaltet die Kompression und Charakterisierung der molekularen Grundlagen von Krebszellen, um Muster der Genexpression zu finden, die zu Fehlern in der Regulation des Zellzyklus und in den Prozessen des Zelltodes (oder Apoptose) führen.

Andere Krankheiten

Durch den Einsatz von Microarrays konnten wir die Profile der differentiellen Expression von Genen unter medizinischen Bedingungen von Allergien, primären Immundefekten, Autoimmunerkrankungen (wie rheumatoider Arthritis) und Infektionskrankheiten aufklären.

Referenzen

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