- ประกอบด้วยอะไรบ้าง?
- ประเภทของ microarrays
- กระบวนการ
- การแยก RNA
- การผลิตและการติดฉลาก cDNA
- การผสมพันธุ์
- การอ่านระบบ
- การประยุกต์ใช้งาน
- โรคมะเร็ง
- โรคอื่น ๆ
- อ้างอิง
microarray ดีเอ็นเอที่เรียกว่าชิปหรือ DNA microarray ดีเอ็นเอประกอบด้วยชุดของดีเอ็นเอถูกตรึงอยู่กับการสนับสนุนทางกายภาพของสารตัวแปรทั้งพลาสติกหรือแก้ว ดีเอ็นเอแต่ละชิ้นแสดงถึงลำดับที่เสริมกันของยีนเฉพาะ
วัตถุประสงค์หลักของ microarrays คือการศึกษาเปรียบเทียบการแสดงออกของยีนที่น่าสนใจ ตัวอย่างเช่นเป็นเรื่องปกติที่เทคนิคนี้จะถูกนำไปใช้กับตัวอย่างสองตัวอย่างหนึ่งในสภาพที่แข็งแรงและหนึ่งทางพยาธิวิทยา - เพื่อระบุว่ายีนใดที่แสดงออกและไม่อยู่ในตัวอย่างที่มีเงื่อนไข ตัวอย่างดังกล่าวอาจเป็นเซลล์หรือเนื้อเยื่อ
โดย Paphrag ที่ English Wikipedia (โอนจาก en.wikipedia ไปยัง Commons), ผ่าน Wikimedia Commons
โดยทั่วไปการแสดงออกของยีนสามารถตรวจพบและหาปริมาณได้ด้วยการใช้โมเลกุลเรืองแสง การจัดการชิปส่วนใหญ่ดำเนินการโดยหุ่นยนต์และสามารถวิเคราะห์ยีนจำนวนมากได้พร้อมกัน
เทคโนโลยีใหม่นี้มีประโยชน์สำหรับสาขาวิชาที่หลากหลายตั้งแต่การวินิจฉัยทางการแพทย์ไปจนถึงการศึกษาอณูชีววิทยาต่างๆในสาขาโปรตีโอมิกส์และจีโนมิกส์
ประกอบด้วยอะไรบ้าง?
DNA (deoxyribonucleic acid) microarrays เป็นชุดของส่วนดีเอ็นเอเฉพาะที่ติดอยู่กับเมทริกซ์ที่เป็นของแข็ง ลำดับเหล่านี้จะประกอบยีนที่ต้องการที่จะได้รับการศึกษาและสามารถมีได้ถึง 10,000 ยีนต่อซม. 2
ลักษณะเหล่านี้ช่วยให้สามารถศึกษาการแสดงออกของยีนของสิ่งมีชีวิตได้อย่างเป็นระบบและกว้างขวาง
ข้อมูลที่เซลล์ต้องใช้ในการทำงานจะถูกเข้ารหัสในหน่วยที่เรียกว่า“ ยีน” ยีนบางตัวมีคำแนะนำในการสร้างโมเลกุลทางชีววิทยาที่จำเป็นเรียกว่าโปรตีน
ยีนจะแสดงออกมาหากดีเอ็นเอของมันถูกถ่ายทอดลงในโมเลกุลตัวกลาง RNA ของผู้ส่งสารและการแสดงออกของยีนอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระดับของการถอดความของส่วนดีเอ็นเอนี้ ในบางกรณีการแสดงออกที่เปลี่ยนไปอาจบ่งบอกถึงโรค
หลักการของการผสมพันธุ์ทำให้การทำงานของไมโครเรย์เป็นไปได้ DNA เป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 4 ชนิด ได้แก่ อะดีนีนไทมีนกัวนีนและไซโตซีน
ในการสร้างโครงสร้างเกลียวคู่กลุ่มอะดีนีนที่มีไทมีนและไซโตซีนพร้อมกัวนีน ดังนั้นโซ่เสริมสองเส้นจึงสามารถเชื่อมโยงกันได้ด้วยพันธะไฮโดรเจน
ประเภทของ microarrays
ในแง่ของโครงสร้างของ microarrays มีสองรูปแบบ: DNA เสริมหรือโอลิโกนิวคลีโอไทด์ที่กำหนดเองและไมโครเรย์ความหนาแน่นสูงเชิงพาณิชย์ที่ผลิตโดย บริษัท การค้าเช่น Affymetrix GeneChip
microarray ประเภทแรกช่วยให้สามารถวิเคราะห์ RNA จากสองตัวอย่างที่แตกต่างกันบนชิปตัวเดียวในขณะที่รูปแบบที่สองเป็นประเภทการค้าและมียีนจำนวนมาก (ตัวอย่างเช่น Affymetrix GeneChip มียีนมนุษย์ประมาณ 12,000 ยีน) ทำให้สามารถวิเคราะห์ได้ ตัวอย่างเดียว
กระบวนการ
การแยก RNA
ขั้นตอนแรกในการทำการทดลองโดยใช้เทคโนโลยี microarray คือการแยกและทำให้บริสุทธิ์ของโมเลกุล RNA (อาจเป็น Messenger RNA หรือ RNA ประเภทอื่นก็ได้)
หากคุณต้องการเปรียบเทียบสองตัวอย่าง (สุขภาพดีกับป่วยการควบคุมเทียบกับการรักษาและอื่น ๆ ) จะต้องทำการแยกโมเลกุลในเนื้อเยื่อทั้งสอง
การผลิตและการติดฉลาก cDNA
ต่อจากนั้น RNA จะต้องผ่านกระบวนการถอดความแบบย้อนกลับต่อหน้านิวคลีโอไทด์ที่มีป้ายกำกับและจะได้รับ DNA เสริมหรือ cDNA
ฉลากสามารถเรืองแสงได้และต้องแยกความแตกต่างระหว่างเนื้อเยื่อทั้งสองที่จะวิเคราะห์ ในแบบดั้งเดิมจะใช้สารประกอบเรืองแสง Cy3 และ Cy5 เนื่องจากพวกมันเปล่งแสงเรืองแสงที่ความยาวคลื่นต่างกัน ในกรณีของ Cy3 เป็นสีที่ใกล้เคียงกับสีแดงและ Cy5 สอดคล้องกับสเปกตรัมระหว่างสีส้มและสีเหลือง
การผสมพันธุ์
cDNAs ถูกผสมและฟักตัวใน DNA microarray เพื่อให้เกิดการผสมพันธุ์ (กล่าวคือเกิดการผูกมัด) ของ cDNA จากทั้งสองตัวอย่างโดยมีส่วนของ DNA ที่ตรึงอยู่บนพื้นผิวที่เป็นของแข็งของ microarray
เปอร์เซ็นต์ที่สูงกว่าของการผสมพันธ์ด้วยหัววัดใน microarray ถูกตีความว่าเป็นการแสดงออกของเนื้อเยื่อที่สูงขึ้นของ mRNA ที่เกี่ยวข้อง
การอ่านระบบ
การหาปริมาณของนิพจน์ทำได้โดยการรวมระบบตัวอ่านที่กำหนดรหัสสีให้กับปริมาณการเรืองแสงที่ปล่อยออกมาโดยแต่ละ cDNA ตัวอย่างเช่นหากใช้สีแดงเพื่อทำเครื่องหมายสภาพทางพยาธิวิทยาและมันผสมกันในสัดส่วนที่สูงขึ้นองค์ประกอบสีแดงจะเป็นองค์ประกอบที่เด่นกว่า
ด้วยระบบนี้การแสดงออกที่มากเกินไปหรือการกดขี่ของยีนแต่ละตัวที่วิเคราะห์ในเงื่อนไขที่เลือกทั้งสองสามารถทราบได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งก็สามารถทราบการถอดเสียงของตัวอย่างที่ประเมินในการทดลองได้
Larssono จาก Wikimedia Commons
การประยุกต์ใช้งาน
ปัจจุบันไมโครเรย์ถือเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพมากในด้านการแพทย์ เทคโนโลยีใหม่นี้ช่วยให้สามารถวินิจฉัยโรคและเข้าใจวิธีการปรับเปลี่ยนการแสดงออกของยีนภายใต้เงื่อนไขทางการแพทย์ที่แตกต่างกัน
นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถเปรียบเทียบเนื้อเยื่อควบคุมและเนื้อเยื่อที่ได้รับการรักษาด้วยยาบางชนิดเพื่อศึกษาผลของการรักษาทางการแพทย์ที่เป็นไปได้
ในการทำเช่นนี้จะเปรียบเทียบสถานะปกติและสถานะป่วยก่อนและหลังการให้ยา จากการศึกษาผลของยาที่มีต่อจีโนมในร่างกายเรามีภาพรวมที่ดีขึ้นของกลไกการออกฤทธิ์ นอกจากนี้ยังสามารถเข้าใจได้ว่าเหตุใดยาบางชนิดจึงนำไปสู่ผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์
โรคมะเร็ง
มะเร็งติดอันดับหนึ่งของรายชื่อโรคที่ศึกษาด้วย DNA microarrays วิธีการนี้ถูกนำมาใช้ในการจำแนกและพยากรณ์โรคโดยเฉพาะในกรณีของมะเร็งเม็ดเลือดขาว
สาขาการวิจัยของเงื่อนไขนี้เกี่ยวข้องกับการบีบอัดและการกำหนดลักษณะของฐานโมเลกุลของเซลล์มะเร็งเพื่อค้นหารูปแบบของการแสดงออกของยีนที่ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวในการควบคุมวัฏจักรของเซลล์และในกระบวนการตายของเซลล์ (หรือการตายของเซลล์)
โรคอื่น ๆ
ด้วยการใช้ microarrays ทำให้สามารถอธิบายรูปแบบการแสดงออกที่แตกต่างกันของยีนในเงื่อนไขทางการแพทย์ของโรคภูมิแพ้ความผิดปกติของภูมิคุ้มกันบกพร่องหลักโรคภูมิต้านทานเนื้อเยื่อ (เช่นโรคไขข้ออักเสบ) และโรคติดเชื้อ
อ้างอิง
- เบดนาร์, M. (2000). เทคโนโลยีและการประยุกต์ใช้ DNA microarray Medical Science Monitor, 6 (4), MT796-MT800
- Kurella, M. , Hsiao, LL, Yoshida, T. , Randall, JD, Chow, G. , Sarang, SS, … & Gullans, SR (2001) การวิเคราะห์ DNA microarray ของกระบวนการทางชีววิทยาที่ซับซ้อน วารสาร American Society of Nephrology, 12 (5), 1072-1078
- Nguyen, DV, Bulak Arpat, A. , Wang, N. , & Carroll, RJ (2002). การทดลอง DNA microarray: แง่มุมทางชีววิทยาและเทคโนโลยี ไบโอเมตริก, 58 (4), 701-717.
- Plous, CV (2007). ไมโครเรย์ดีเอ็นเอและการประยุกต์ใช้ในการวิจัยทางชีวการแพทย์ นิตยสาร CENIC วิทยาศาสตร์ชีวภาพ, 38 (2), 132-135.
- Wiltgen, M. , & Tilz, GP (2007). การวิเคราะห์ DNA microarray: หลักการและผลกระทบทางคลินิก โลหิตวิทยา, 12 (4), 271-287.