ゲノムマイクロアレイとは？

デオキシリボ核酸（DNA）マイクロアレイとしても知られるゲノムマイクロアレイは、科学者が遺伝子発現のレベルを決定することを可能にする遺伝学技術の一種です。 生物では、遺伝子は、その遺伝子のDNAが一連のプロセスを経てタンパク質に解読され、細胞内で特定の機能を果たすときに発現します。 特定のサンプルの遺伝子発現レベルを測定することにより、研究者はどの遺伝子が最も活性があるかを知ることができます。 マイクロアレイ技術は、特に癌などの疾患の遺伝的側面について学ぶための医学で使用されます。

生物で遺伝子が発現すると、DNAは一連のステップを経てタンパク質に解読されます。 遺伝子のセグメントは、元のDNA分子の1本の鎖に相補的な1本鎖分子であるメッセンジャーリボ核酸（mRNA）テンプレートに転写されます。 このmRNAは細胞の核からタンパク質合成の部位に遺伝情報を運びます。 ゲノムマイクロアレイは、どの遺伝子が最も多くのmRNAを生成しているのかを明らかにし、さらに、どの遺伝子が最高レベルの発現で機能しているかを明らかにします。

ゲノムマイクロアレイは、表面に付着した一連の微細なDNAドットを備えたガラスまたはシリコンチップです。 プローブと呼ばれるDNAの特定の配列は、研究者が研究したい遺伝子に基づいて選択されます。 全ゲノムマイクロアレイには全ゲノムの配列が含まれていますが、集中マイクロアレイには特定の遺伝子のみのDNAが含まれています。

病気の研究では、マイクロアレイは次のように使用されます。 まず、健康な組織と病気の組織のサンプルが被験者から採取されます。 両方のサンプルからのMRNAは、一連の化学的手法により分離されます。 各サンプルは、ヌクレオチドと呼ばれるサブユニットで構成され、蛍光を含むように修飾された異なる標識溶液と組み合わされ、mRNA分子に結合して蛍光相補DNA（cDNA）を作成します。 たとえば、病気のサンプルは赤色の蛍光で標識され、健康なサンプルは緑色の蛍光で標識されます。

各サンプルがゲノムマイクロアレイにフラッシュされると、サンプルのcDNAの一部がチップ上のDNAとハイブリダイズまたは結合します。 これにより、さまざまな色とレベルの蛍光が表示されます。 たとえば、サンプル内の遺伝子が非常に活性である場合、多くのmRNAが生成され、マイクロアレイ上で強い蛍光色として表示されます。 スキャナーを使用して視覚サンプルデータをマージすることにより、研究者は特定の遺伝子が病気の組織または健康な組織でより多く発現されているかどうかを判断できます。

上記の例では、緑色の蛍光の優位性は健康なサンプルmRNAが不健康なmRNAよりも多いことを示しているため、緑色の点は遺伝子が健康な組織でより多く発現されたことを示します。 赤い点は、遺伝子が病気の組織でより多くのmRNAを産生し、病気の状態でより活発だったことを示します。 黄色の点は、遺伝子が健康な組織と病気の組織の両方でほぼ等しく発現されることを意味します。 研究者はこの情報を使用して、病気になった細胞でどの遺伝子がより活性であるか、およびそのような変化が細胞内の他の遺伝子にどのように影響するかを判断できます。 ゲノムマイクロアレイは、がんや心臓病などの疾患の研究と診断に使用できるだけでなく、標的療法を通じてそれらを治療する方法を学習する可能性もあります。