15.6: Геномні підходи - мікромасив ДНК

Last updated
Save as PDF

Page ID: 6104

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Традиційно, коли було відомо, що клітинні рівні білка змінюються у відповідь на хімічний ефектор, молекулярні дослідження зосереджувалися на контролі транскрипції його гена. Ці дослідження часто виявляли, що контроль експресії генів був на рівні транскрипції, включаючи або вимикаючи ген через взаємодію факторів транскрипції з ДНК. Однак рівень білка також контролюється після транскрипції, регулюючи швидкість трансляції або деградації мРНК. Дослідження механізмів транскрипційної та посттранскрипційної регуляції є ключовими для нашого розуміння того, як правильний білок виготовляється в потрібних кількостях у потрібний час.

Можливо, ми підозрювали, але тепер знаємо, що контроль експресії генів та клітинних реакцій може бути більш складним, ніж збільшення або зменшення транскрипції одного гена або трансляції одного білка. Цілі послідовності геному і нові методи дозволяють вивчати експресію практично всіх генів в клітині одночасно, область дослідження називається геноміка. Геномні дослідження виявляють мережі регульованих генів, які необхідно розуміти, щоб більш повно пояснити розвиток і фізіологічні зміни в організмі. Коли ви можете «побачити» всі РНК транскрибуються з активних генів у клітині, ви дивитеся на транскриптом клітини. За аналогією з геномікою, транскриптоміка визначає дослідження «павутини» інтерактивних РНК. Знову ж таки, за аналогією з геномікою та транскриптомікою, широке вивчення активних та неактивних білків у клітині або тканині, як вони модифікуються (обробляються) перед використанням та як вони взаємодіють, називається протеомікою. Технології, що застосовуються для протеомних досліджень, включають білкові мікромасиви, імунохімічні методи та інші, що унікально підходять для аналізу білка (натисніть Proteomics Techniques-Wikipedia для отримання додаткової інформації). Білкові мікромасиви все частіше використовуються для виявлення білково-білкових взаємодій, а також різних станів білків в різних клітинних умовах. Читайте ще більше про ці захоплюючі розробки та їх вплив на фундаментальні та клінічні дослідження в Protein Microarrays від ncbi.

Нарешті подумайте про це: створення протеомної бібліотеки, аналогічної геномній бібліотеці, здавалося б, складною перспективою. Але зусилля ведуться. Перевірте удар при картографуванні протеоми людини для оригінальних досліджень, що призводять до відбору проб тканинно-специфічного протеому людини, і натисніть Стратегії наближення до протеома для отримання більш загальної інформації. Давайте розглянемо деякі види використання мікромасивів ДНК. Ця технологія включає в себе «плямистість» ДНК (наприклад, клоновану ДНК з геномної або кДНК бібліотеки, продукти ПЛР, олігонуклеотиди...) на скляній гірці або чіпі. Мовою аналізу мікромасивів слайди є зондами. Виявлення чіпа - це роботизований процес. Оскільки плями ДНК мікроскопічні, клітиноспецифічний транскриптом (бібліотека кДНК) може поміститися на одному чіпі. Невеликий мікромасив геному також може поміститися на одному чіпі, тоді як більші геноми можуть потребувати декількох слайдів. Основним використанням мікромасивів ДНК є транскрипційне профілювання. Геномний мікромасив може досліджувати суміш флуоресцентно мічених цільових CDNA, виготовлених з мРНК, з метою виявлення багатьох (якщо не всіх) генів, виражених в клітині в даний момент (тобто його транскриптом). мікромасиви cDNA зонди можуть також досліджувати кількісні відмінності в експресії генів в клітині або тканин при нормальній диференціації або у відповідь на хімічні сигнали. Вони також цінні для генотипування, (тобто характеризують гени в організмі). Мікромасиви настільки чутливі, що можуть навіть розрізняти два гени або ділянки ДНК, які відрізняються одним нуклеотидом. Натисніть Одиночні нуклеотидні поліморфізми або SNP, щоб дізнатися більше. У мікромасиві нижче кожне кольорове пляма (червоне, жовте, зелене) - це різна флуоресцентно позначена молекула, гібридна до цільових послідовностей на мікромасиві. У флуоресцентному мікроскопі плями флуоресцентні різні кольори у відповідь на ультрафіолетове світло.

За допомогою кількісних методів мікромасиву можна виміряти яскравість (інтенсивність) сигналу від кожного зонда. Таким чином ми можемо порівняти відносну кількість кДНК (і, отже, різних РНК) у транскриптомі різних тканин або в результаті різних процедур тканин. Таблиця різних застосувань мікромасивів (адаптованих з Вікіпедії) показана на наступній сторінці.

Застосування технології	Синопсис
Профілювання експресії генів	У експерименті з профілювання транскрипції (мРНК або експресії генів) рівні експресії тисяч генів одночасно контролюються для вивчення впливу певних методів лікування, захворювань та етапів розвитку на експресію генів.
Порівняльна геномна гібридизація	Оцінка вмісту генома в різних клітині або тісно пов'язаних організмах, де геном одного організму є зондом для цільового генома з іншого виду.
Ідентифікатор жанру	Невеликі мікромасиви для перевірки ідентифікаторів організмів у їжі та кормах для генетично модифікованих організмів (ГМО), мікоплазми в культурі клітин або патогенів для виявлення захворювань. Ці протоколи виявлення часто поєднують технологію ПЛР та мікромасивів.
CHIP; Хроматин імуноопадів	Послідовності ДНК, пов'язані з певним білком, можуть бути виділені шляхом імунопреципітації білка. Фрагменти можуть бути гібридизовані до мікромасиву (наприклад, масиву плитки), що дозволяє визначити заповнюваність місця зв'язування білка по всьому геному.
Амід	Аналогічно ChIP, геномні області, пов'язані білком, що цікавить, можуть бути виділені і використані для зондування мікромасиву для визначення зайнятості місця зв'язування. На відміну від ChIP, DaMid не вимагає антитіл, але використовує метилювання аденіну поблизу місць зв'язування білка для вибіркового посилення цих регіонів, що вводяться шляхом експресії незначної кількості білка, що представляє інтерес, злитого з бактеріальною ДНК аденінметилтрансферази.
Виявлення SNP	Виявлення одиночного нуклеотидного поліморфізму серед алелів всередині або між популяціями. Деякі програми мікромасивів використовують виявлення SNP, включаючи генотипування, криміналістичний аналіз, вимірювання схильності до захворювань, виявлення кандидатів на наркотики, оцінку мутацій зародкової лінії у осіб або соматичних мутацій при ракових захворюваннях, оцінку втрати гетерозиготності або генетичні аналіз зв'язків.
Альтернативний захист від зрощування	Конструкція масиву екзонових переходів використовує зонди, специфічні для очікуваних або потенційних місць зрощування прогнозованих екзонів для гена. Він має проміжну щільність, або охоплення, до типового масиву експресії генів (з 1-3 зондами на ген) та геномного масиву плитки (з сотнями або тисячами зондів на ген). Він використовується для аналізу експресії альтернативних форм зрощування гена. Масиви Exon мають різну конструкцію, використовуючи зонди, призначені для виявлення кожного окремого екзону для відомих або прогнозованих генів, і можуть бути використані для виявлення різних ізоформ сплайсингу
Плитковий масив	Геномні черепичні масиви складаються з зондів, що перекриваються, покликаних щільно представляти цікаву геномну область, іноді таку ж велику, як ціла хромосома людини. Мета полягає в емпіричному виявленні вираження стенограм або альтернативно зрощених форм, які, можливо, не були раніше відомі або передбачені.

Потужність мікромасивів. https://youtu.be/88rzbpclscM

Якщо вам подобаються світові рекорди, перевірте саламандру з найбільшим геном, в 10 разів більшим, ніж наш власний: ВЕЛИЧЕЗНИЙ геном Аксолотля. Що вони роблять з усією цією ДНК? І чи можуть наші нинішні технології це зрозуміти? Для отримання оригінального звіту натисніть на наступне посилання: тут.