MICRORAMELE ADN: PROCEDURĂ ȘI APLICAȚII - BIOLOGIE - 2025

Un microarray ADN , denumit și cip ADN sau microarray ADN, este format dintr-o serie de fragmente de ADN ancorate la un suport fizic de material variabil, fie că este plastic sau de sticlă. Fiecare bucată de ADN reprezintă o secvență complementară unei gene specifice.

Obiectivul principal al microarrays este studiul comparativ al expresiei anumitor gene de interes. De exemplu, este obișnuită ca această tehnică să fie aplicată pe două probe - unul în condiții sănătoase și unul patologic - pentru a identifica ce gene sunt exprimate și care nu sunt în eșantion cu afecțiunea. Proba respectivă poate fi o celulă sau un țesut.

De Paphrag la Wikipedia engleză (transferat de la en.wikipedia la Commons.), Via Wikimedia Commons

În general, expresia genelor poate fi detectată și cuantificată datorită utilizării moleculelor fluorescente. Manipularea cipurilor este realizată în majoritatea cazurilor de către robot și un număr mare de gene pot fi analizate simultan.

Această nouă tehnologie este utilă pentru o gamă largă de discipline, de la diagnostice medicale la diverse studii de biologie moleculară în domeniile proteomicii și genomicii.

În ce constă?

Microirourile ADN (acid dezoxiribonucleic) sunt un set de segmente specifice de ADN atașate la o matrice solidă. Aceste secvențe sunt complementare la gene care doresc să fie studiate și nu pot fi de până la 10.000 de gene pe cm ² .

Aceste caracteristici permit studiul sistematic și masiv al expresiei genice a unui organism.

Informațiile de care trebuie să funcționeze o celulă sunt codificate în unități numite „gene”. Anumite gene conțin instrucțiunile pentru crearea moleculelor biologice esențiale numite proteine.

O genă este exprimată dacă ADN-ul său este transcris într-o moleculă de ARN mesager intermediar și expresia genei poate varia în funcție de nivelul de transcriere al acestui segment de ADN. În anumite cazuri, schimbarea expresiei poate fi indicativă pentru boli.

Principiul hibridizării face posibilă funcționarea microarray-urilor. ADN-ul este o moleculă formată din patru tipuri de nucleotide: adenină, timină, guanină și citosină.

Pentru a forma structura dublă helix, adenina se grupează cu timina și citozină cu guanină. Astfel, două lanțuri complementare pot fi unite prin legături de hidrogen.

Tipuri de microrauri

În ceea ce privește structura microarray-urilor, există două variante: ADN-ul sau oligonucleotidele complementare realizate la comandă, precum și microirourile comerciale de înaltă densitate fabricate de companii comerciale, cum ar fi Affymetrix GeneChip.

Primul tip de microarray permite analiza ARN din două probe diferite pe un singur cip, în timp ce a doua variație este de tip comercial și are un număr mare de gene (de exemplu, Affymetrix GeneChip are aproximativ 12.000 de gene umane), permițând analiza o singură probă.

Proces

Izolarea ARN

Primul pas în desfășurarea unui experiment folosind tehnologia microarray este izolarea și purificarea moleculelor de ARN (poate fi ARN mesager sau alte tipuri de ARN).

Dacă doriți să comparați două probe (sănătos vs. bolnav, control vs. tratament, printre altele), trebuie efectuată izolarea moleculei în ambele țesuturi.

Producția și etichetarea ADNc

Ulterior, ARN este supus unui proces de transcriere inversă în prezența nucleotidelor marcate și astfel va fi obținut ADN-ul complementar sau ADNc.

Eticheta poate fi fluorescentă și trebuie să se distingă între cele două țesuturi de analizat. Într-un mod tradițional, compușii fluorescenți Cy3 și Cy5 sunt folosiți, deoarece emit fluorescență la diferite lungimi de undă. În cazul Cy3, este o culoare apropiată de roșu, iar Cy5 corespunde spectrului dintre portocaliu și galben.

Hibridizare

ADNc-urile sunt amestecate și incubate în microarray-ul ADN-ului pentru a permite hibridizarea (adică are loc legarea) ADNc din ambele probe cu porțiunea de ADN imobilizată pe suprafața solidă a microarray-ului.

Un procent mai mare de hibridizare cu sonda din microarray este interpretat ca o expresie tisulară mai mare a mARN-ului corespunzător.

Citirea sistemului

Cuantificarea expresiei este realizată prin încorporarea unui sistem cititor care atribuie un cod de culoare cantității de fluorescență emisă de fiecare ADNc. De exemplu, dacă roșul este utilizat pentru a marca starea patologică și se hibridizează într-o proporție mai mare, componenta roșie va fi cea predominantă.

Cu acest sistem, poate fi cunoscută supraexpresia sau reprimarea fiecărei gene analizate în ambele condiții selectate. Cu alte cuvinte, poate fi cunoscut transcriptomul probelor evaluate în experiment.

Larssono, de la Wikimedia Commons

Aplicații

În prezent, microarray-urile sunt considerate instrumente foarte puternice în domeniul medical. Această nouă tehnologie permite diagnosticul bolilor și o mai bună înțelegere a modului în care expresia genelor este modificată în diferite condiții medicale.

Mai mult, permite compararea unui țesut de control și a unui țesut tratat cu un anumit medicament, pentru a studia efectele unui posibil tratament medical.

Pentru a face acest lucru, starea normală și starea bolnavă sunt comparate înainte și după administrarea medicamentului. Studiind efectul medicamentului asupra genomului in vivo, avem o imagine de ansamblu mai bună asupra mecanismului său de acțiune. De asemenea, se poate înțelege de ce anumite medicamente determină efecte secundare nedorite.

Cancer

Cancerul se află pe listele bolilor studiate cu microrahade ADN. Această metodologie a fost utilizată pentru clasificarea și prognosticul bolii, în special în cazurile de leucemii.

Domeniul de cercetare al acestei afecțiuni implică compresia și caracterizarea bazelor moleculare ale celulelor canceroase pentru a găsi modele de exprimare a genelor care duc la eșecuri în reglarea ciclului celular și în procesele de moarte celulară (sau apoptoză).

Alte boli

Prin utilizarea microrays, a fost posibilă elucidarea profilurilor de expresie diferențiale ale genelor în condiții medicale de alergii, imunodeficiențe primare, boli autoimune (cum ar fi artrita reumatoidă) și boli infecțioase.

Referințe

1. Bednar, M. (2000). Tehnologia și aplicarea ADN microarray. Medical Science Monitor, 6 (4), MT796-MT800.
2. Kurella, M., Hsiao, LL, Yoshida, T., Randall, JD, Chow, G., Sarang, SS, … și Gullans, SR (2001). Analiza microarray ADN a proceselor biologice complexe. Journal of the American Society of Nephrology, 12 (5), 1072-1078.
3. Nguyen, DV, Bulak Arpat, A., Wang, N., & Carroll, RJ (2002). Experimente de microarray ADN: aspecte biologice și tehnologice. Biometrie, 58 (4), 701-717.
4. Plous, CV (2007). Microarrays ADN și aplicațiile lor în cercetarea biomedicală. Revista CENIC. Științe biologice, 38 (2), 132-135.
5. Wiltgen, M., și Tilz, GP (2007). Analiza microarray ADN: principii și impact clinic. Hematologie, 12 (4), 271-287.