DNA microarrays: prosedur dan aplikasi

DNA microarrays: prosedur dan aplikasi

Sebuah microarray DNA , juga disebut chip DNA atau DNA microarray, terdiri dari serangkaian fragmen DNA berlabuh ke dukungan fisik dari bahan variabel, baik plastik atau kaca. Setiap bagian DNA mewakili urutan yang melengkapi gen tertentu.

Tujuan utama dari microarrays adalah studi komparatif dari ekspresi gen tertentu yang menarik. Misalnya, teknik ini umum diterapkan pada dua sampel – satu dalam kondisi sehat dan satu patologis – untuk mengidentifikasi gen mana yang diekspresikan dan mana yang tidak dalam sampel dengan kondisi tersebut. Sampel tersebut dapat berupa sel atau jaringan.

Oleh Paphrag di Wikipedia bahasa Inggris (Ditransfer dari en.wikipedia ke Commons.) [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

Secara umum, ekspresi gen dapat dideteksi dan diukur berkat penggunaan molekul fluoresen. Manipulasi chip dilakukan dalam banyak kasus oleh robot dan sejumlah besar gen dapat dianalisis secara bersamaan.

Teknologi baru ini berguna untuk berbagai disiplin ilmu, mulai dari diagnostik medis hingga berbagai studi biologi molekuler di bidang proteomik dan genomik.

Indeks artikel

Terdiri dari apa?

DNA (deoxyribonucleic acid) microarrays adalah satu set segmen DNA spesifik yang melekat pada matriks padat. Urutan ini melengkapi gen yang ingin dipelajari dan bisa ada hingga 10.000 gen per cm 2 .

Karakteristik ini memungkinkan studi sistematis dan masif ekspresi gen suatu organisme.

Informasi yang dibutuhkan sel untuk berfungsi dikodekan dalam unit yang disebut “gen”. Gen tertentu berisi instruksi untuk membuat molekul biologis esensial yang disebut protein.

Sebuah gen diekspresikan jika DNA-nya ditranskripsi menjadi molekul RNA perantara dan ekspresi gen dapat bervariasi tergantung pada tingkat transkripsi segmen DNA ini. Dalam kasus tertentu, perubahan ekspresi mungkin merupakan indikasi penyakit.

Prinsip hibridisasi memungkinkan pengoperasian microarray. DNA adalah molekul yang terdiri dari empat jenis nukleotida: adenin, timin, guanin, dan sitosin.

Untuk membentuk struktur heliks ganda, kelompok adenin dengan timin dan sitosin dengan guanin. Dengan demikian, dua rantai komplementer dapat bergabung dengan ikatan hidrogen.

Jenis mikroarray

Dalam hal struktur microarray, ada dua variasi: DNA komplementer atau oligonukleotida yang dibuat khusus, dan microarray komersial berdensitas tinggi yang diproduksi oleh perusahaan komersial, seperti Affymetrix GeneChip.

Jenis microarray pertama memungkinkan analisis RNA dari dua sampel berbeda pada satu chip, sedangkan variasi kedua adalah jenis komersial dan memiliki sejumlah besar gen (misalnya, Affymetrix GeneChip memiliki sekitar 12.000 gen manusia) memungkinkan untuk menganalisis sampel tunggal.

Proses

isolasi RNA

Langkah pertama dalam melakukan percobaan menggunakan teknologi microarray adalah isolasi dan pemurnian molekul RNA (bisa berupa messenger RNA atau jenis RNA lainnya).

Jika Anda ingin membandingkan dua sampel (antara lain sehat vs sakit, kontrol vs pengobatan), isolasi molekul di kedua jaringan harus dilakukan.

Produksi dan pelabelan CDNA

Selanjutnya, RNA mengalami proses transkripsi terbalik dengan adanya nukleotida berlabel dan dengan demikian DNA komplementer atau cDNA akan diperoleh.

Label dapat berpendar dan harus dapat dibedakan antara dua jaringan yang akan dianalisis. Secara tradisional, senyawa fluoresen Cy3 dan Cy5 digunakan, karena mereka memancarkan fluoresensi pada panjang gelombang yang berbeda. Dalam kasus Cy3 itu adalah warna yang mendekati merah dan Cy5 sesuai dengan spektrum antara oranye dan kuning.

Hibridisasi

cDNA dicampur dan diinkubasi dalam microarray DNA untuk memungkinkan hibridisasi (yaitu, terjadi pengikatan) cDNA dari kedua sampel dengan bagian DNA yang diimobilisasi pada permukaan padat microarray.

Persentase hibridisasi yang lebih tinggi dengan probe dalam microarray ditafsirkan sebagai ekspresi jaringan yang lebih tinggi dari mRNA yang sesuai.

Pembacaan sistem

Kuantifikasi ekspresi dilakukan dengan memasukkan sistem pembaca yang memberikan kode warna untuk jumlah fluoresensi yang dipancarkan oleh setiap cDNA. Misalnya, jika merah digunakan untuk menandai kondisi patologis dan berhibridisasi dalam proporsi yang lebih tinggi, komponen merah akan menjadi yang dominan.

Dengan sistem ini dimungkinkan untuk mengetahui ekspresi berlebih atau represi dari setiap gen yang dianalisis pada kedua kondisi yang dipilih. Dengan kata lain, transkriptom sampel yang dievaluasi dalam percobaan dapat diketahui.

Larssono [Domain publik], dari Wikimedia Commons

Kegunaan

Saat ini, microarrays dianggap sebagai alat yang sangat kuat di bidang medis. Teknologi baru ini memungkinkan diagnosis penyakit dan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana ekspresi gen dimodifikasi dalam kondisi medis yang berbeda.

Selain itu, memungkinkan perbandingan jaringan kontrol dan jaringan diobati dengan obat tertentu, untuk mempelajari efek dari perawatan medis yang mungkin.

Untuk melakukan ini, keadaan normal dan keadaan sakit dibandingkan sebelum dan sesudah pemberian obat. Dengan mempelajari efek obat pada genom in vivo, kita memiliki gambaran yang lebih baik tentang mekanisme kerjanya. Juga, dapat dipahami mengapa beberapa obat tertentu menyebabkan efek samping yang tidak diinginkan.

Kanker

Kanker menduduki puncak daftar penyakit yang dipelajari dengan microarray DNA. Metodologi ini telah digunakan untuk klasifikasi dan prognosis penyakit, terutama pada kasus leukemia.

Bidang penelitian kondisi ini melibatkan kompresi dan karakterisasi basis molekuler sel kanker untuk menemukan pola ekspresi gen yang mengakibatkan kegagalan dalam regulasi siklus sel dan dalam proses kematian sel (atau apoptosis).

Penyakit lainnya

Melalui penggunaan microarray, dimungkinkan untuk menjelaskan profil ekspresi diferensial gen dalam kondisi medis alergi, defisiensi imun primer, penyakit autoimun (seperti rheumatoid arthritis) dan penyakit menular.

Referensi

  1. Bednar, M. (2000). Teknologi dan aplikasi microarray DNA. Monitor Ilmu Kedokteran , 6 (4), MT796-MT800.
  2. Kurella, M., Hsiao, LL, Yoshida, T., Randall, JD, Chow, G., Sarang, SS,… & Gullans, SR (2001). Analisis microarray DNA dari proses biologis yang kompleks. Jurnal Masyarakat Nefrologi Amerika , 12 (5), 1072-1078.
  3. Nguyen, DV, Bulak Arpat, A., Wang, N., & Carroll, RJ (2002). Eksperimen microarray DNA: aspek biologis dan teknologi. Biometrik , 58 (4), 701-717.
  4. Plous, CV (2007). Microarray DNA dan aplikasinya dalam penelitian biomedis. Majalah CENIC. Ilmu Biologi , 38 (2), 132-135.
  5. Wiltgen, M., & Tilz, GP (2007). Analisis microarray DNA: prinsip dan dampak klinis. Hematologi , 12 (4), 271-287.