- En què consisteix?
- Tipus de microarranjaments
- procediment
- Aïllament d'ARN
- Producció i marcatge d'ADNc
- hibridació
- Lectura de sistema
- aplicacions
- càncer
- altres malalties
- referències
Un microarreglo d'ADN, també anomenat xip d'ADN o DNA microarray, està compost per una sèrie de fragments d'ADN ancorats a un suport físic de material variable, ja sigui plàstic o vidre. Cada tros d'ADN representa una seqüència complementària a un gen específic.
L'objectiu principal dels microarranjaments és l'estudi comparatiu de l'expressió de certs gens d'interès. Per exemple, és comú que aquesta tècnica s'apliqui a dues mostres - una a condicions saludables i una patològica - per tal d'identificar quins gens estan sent expressats i quins no en la mostra que presenta la condició. Aquesta mostra pot ser una cèl·lula o un teixit.
By Paphrag at English Wikipedia (Transferred from en.wikipedia to Commons.), Via Wikimedia Commons
Generalment l'expressió dels gens pot ser detectada i quantificada gràcies a l'ús de molècules fluorescents. La manipulació dels xips és duta a terme a la majoria dels casos per robot i poden analitzar-se simultàniament un gran nombre de gens.
Aquesta nova tecnologia és útil per a una àmplia gamma de disciplines, des del diagnòstic mèdic fins diversos estudis de biologia molecular en els camps de la proteòmica i la genòmica.
En què consisteix?
Els microarranjaments d'ADN (àcid desoxiribonucleic) són un conjunt de segments específics d'ADN units a una matriu sòlida. Aquestes seqüències són complementàries als gens que desitgen ser estudiats i pot haver fins a 10.000 gens per cm 2.
Aquestes característiques permeten l'estudi sistemàtic i massiu de l'expressió gènica d'un organisme.
La informació que una cèl·lula necessita per al seu funcionament aquesta codificada en unitats anomenades "gens". Certs gens contenen les instruccions per a la creació de molècules biològiques imprescindibles trucades proteïnes.
Un gen s'expressa si el seu ADN és transcrit a una molècula intermediària d'ARN missatger i l'expressió de l'gen pot variar depenent de l'nivell de transcripció d'aquest segment d'ADN. En certs casos, el canvi en l'expressió pot ser indicatiu de malalties.
El principi d'hibridació fa possible el funcionament dels microarranjaments. L'ADN és una molècula composta per quatre tipus de nucleòtids: adenina, timina, guanina i citosina.
Per formar l'estructura de doble hèlix, l'adenina s'agrupa amb la timina i la citosina amb la guanina. Així, dues cadenes complementàries podran unir-se mitjançant enllaços d'hidrogen.
Tipus de microarranjaments
Pel que fa a l'estructura dels microarranjaments existeixen dues variacions: els personalitzats compostos d'ADN complementari o d'oligonucleòtids, i els microarranjaments comercials d'alta densitat fabricats per companyies comercials, com Affymetrix GeneChip.
El primer tipus de microarreglo permet l'anàlisi d'ARN de dos diferents mostres en un sol xip, mentre que la segona variació és de l'tipus comercial i posseeix un gran nombre de gens (per exemple el d'Affymetrix GeneChip posseeix uns 12.000 gens humans) permetent analitzar una sola mostra.
procediment
Aïllament d'ARN
El primer pas per realitzar un experiment utilitzant la tecnologia de microarranjaments és l'aïllament i la purificació de les molècules d'ARN (pot ser ARN missatger o altres tipus d'ARN).
Si es vol comparar dues mostres (sana vs. malalta, control vs. tractament, entre d'altres) s'ha de fer l'aïllament de la molècula en ambdós teixits.
Producció i marcatge d'ADNc
Posteriorment, l'ARN és sotmès a un procés de transcripció inversa en presència de nucleòtids marcats i així s'obtindrà l'ADN complementari o ADNc.
El marcatge pot ser fluorescent i ha de ser diferenciable entre els dos teixits a analitzar. De manera tradicional es fan servir els compostos fluorescents Cy3 i Cy5, ja que emeten fluorescència a diferent longitud d'ona. En el cas de l'Cy3 és un color proper a el vermell i el Cy5 correspon a l'espectre entre el taronja i el groc.
hibridació
Els ADNc es barregen i es procedeix a la incubació en el microarreglo d'ADN per permetre la hibridació (és a dir, ocorre la unió) de l'ADNc provinent de les dues mostres amb la porció d'ADN immobilitzat en la superfície sòlida de l'microarreglo.
Un major percentatge d'hibridació amb la sonda en el microarreglo s'interpreta com una major expressió tissular de l'ARNm corresponent.
Lectura de sistema
La quantificació de l'expressió es realitza incorporant un sistema lector que assigna un codi de colors a la quantitat de fluorescència emesa per cada ADNc. Per exemple, si es fa servir el vermell per marcar la condició patològica i aquest hibrida en major proporció, el component vermell serà el predominant.
Amb aquest sistema es pot conèixer la sobreexpressió o la repressió de cada gen analitzat en ambdues condicions seleccionades. En altres paraules, es pot conèixer el transcriptoma de les mostres avaluades en l'experiment.
Larssono, from Wikimedia Commons
aplicacions
Actualment, els microarranjaments són considerats com a eines molt poderoses en el camp de la medicina. Aquesta nova tecnologia permet el diagnòstic de malalties i una millor compressió de com es veu modificada l'expressió gènica sota diferents condicions mèdiques.
A més, permet la comparació d'un teixit control i un teixit tractat amb certa droga, per tal d'estudiar els efectes d'un possible tractament mèdic.
Per realitzar-ho, es compara l'estat normal i l'estat malalt abans i després de l'administració de la droga. A l'estudiar l'efecte de la droga en el genoma in vivo es té un millor panorama de l'mecanisme d'acció de la mateixa. A més, es pot entendre per què algunes drogues particulars condueixen a efectes secundaris indesitjats.
càncer
El càncer encapçala les llistes de malalties estudiats amb microarranjaments d'ADN. Aquesta metosología ha estat usada per a la classificació i el pronòstic de la malaltia, particularment en els casos de leucèmies.
El camp d'investigació d'aquesta condició involucra la compressió i caracterització de les bases moleculars de les cèl·lules cancerígenes per trobar patrons d'expressió gènica que tinguin com a resultat falles en la regulació de l'cicle cel·lular i en els processos de mort cel·lular (o apoptosi).
altres malalties
Mitjançant l'ús de microarranjaments s'han pogut dilucidar els perfils d'expressió diferencial de gens en condicions mèdiques d'al·lèrgies, immunodeficiències primàries, malalties autoimmunes (com l'artritis reumatoide) i malalties infeccioses.
referències
- Bednar, M. (2000). DNA microarray technology and application. Medical Science Monitor, 6 (4), MT796-MT800.
- Kurella, M., Hsiao, LL, Yoshida, T., Randall, JD, Chow, G., Sarang, SS,… & Gullans, Sr. (2001). DNA microarray analysis of complex Biologic processes. Journal of the American Society of Nephrology, 12 (5), 1072-1078.
- Nguyen, DV, Bulak Arpat, A., Wang, N., & Carroll, RJ (2002). DNA microarray experiments: biological and technological aspects. Biometrics, 58 (4), 701-717.
- Plous, CV (2007). Microarranjaments d'ADN i les seves aplicacions en investigacions biomèdiques. Revista CENIC. Ciències Biològiques, 38 (2), 132-135.
- Wiltgen, M., & Tilz, GP (2007). DNA microarray analysis: principles and clinical impact. Hematology, 12 (4), 271-287.