Wat is een genoom microarray?
De genoommicroarray, ook bekend als een deoxyribonucleic acid (DNA) -microarray, is een type genetica-technologie waarmee wetenschappers de niveaus van genexpressie kunnen bepalen. In levende organismen wordt een gen tot expressie gebracht wanneer het DNA van dat gen door een reeks processen wordt gedecodeerd tot een eiwit, dat een specifieke functie in een cel vervult. Door niveaus van genexpressie in een bepaald monster te meten, kunnen onderzoekers achterhalen welke genen het meest actief zijn. Microarray-technologie wordt vooral in de geneeskunde gebruikt om te leren over de genetische aspecten van ziekten zoals kanker.
Wanneer een gen in een organisme tot expressie wordt gebracht, wordt DNA door een reeks stappen in een eiwit gedecodeerd. Segmenten van het gen worden getranscribeerd op een sjabloon voor boodschapper-ribonucleïnezuur (mRNA), een enkelstrengs molecuul dat complementair is aan één streng van het oorspronkelijke DNA-molecuul. Dit mRNA voert de genetische informatie uit de kern van de cel naar de plaats van eiwitsynthese. Een genoom microarray onthult welke genen het meeste mRNA genereren - en bij uitbreiding welke genen op het hoogste expressieniveau werken.
De genoom-microarray is een glas- of siliciumchip met een reeks microscopische DNA-punten aan het oppervlak. De specifieke sequenties van DNA, sondes genoemd, worden gekozen op basis van de genen die onderzoekers willen bestuderen. Een hele genoom microarray bevat sequenties uit het hele genoom, terwijl een gerichte microarray alleen DNA uit bepaalde genen bevat.
Bij onderzoek naar ziekten zou de microarray op de volgende manier worden gebruikt. Eerst zou een monster van gezond weefsel en ziek weefsel van het subject worden genomen. MRNA van beide monsters zou worden geïsoleerd door middel van een reeks chemische technieken. Elk monster zou worden gecombineerd met een andere labeloplossing bestaande uit subeenheden bekend als nucleotiden, gemodificeerd om fluorescentie te omvatten, die vervolgens zou binden aan de mRNA-moleculen om fluorescent complementair DNA (cDNA) te creëren. Het zieke monster kan bijvoorbeeld worden gelabeld met rode fluorescentie en het gezonde monster met groene fluorescentie.
Wanneer elk monster op een genoom-microarray wordt gespoeld, hybridiseert een deel van het cDNA van de monsters met het DNA op de chip. Hierdoor verschijnen verschillende kleuren en fluorescentieniveaus. Als een gen in een monster bijvoorbeeld zeer actief zou zijn, zou het veel mRNA produceren, dat op de microarray zou verschijnen als een sterke fluorescerende kleur. Door de visuele steekproefgegevens met behulp van een scanner samen te voegen, kunnen onderzoekers bepalen of een bepaald gen meer tot expressie wordt gebracht in het zieke weefsel of het gezonde weefsel.
In het bovenstaande voorbeeld geeft een groene stip aan dat het gen meer tot expressie werd gebracht in gezond weefsel, omdat de dominantie van de groene fluorescentie aangeeft dat de gezonde monster-mRNA's talrijker waren dan de ongezonde. Een rode stip geeft aan dat het gen meer mRNA's in het zieke weefsel produceerde en actiever was onder ziektecondities. Gele stippen zouden betekenen dat het gen ongeveer even sterk tot expressie komt in zowel gezond als ziek weefsel. Onderzoekers kunnen deze informatie gebruiken om te bepalen welke genen actiever zijn in een zieke cel en hoe dergelijke veranderingen andere genen in de cel beïnvloeden. Genoommicroarrays kunnen niet alleen worden gebruikt om ziekten zoals kanker en hartaandoeningen te onderzoeken en te diagnosticeren, maar ook potentieel om te leren hoe ze te behandelen via gerichte therapie.