$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Telomery to dynamiczne kompleksy DNA-białko na końcach liniowych chromosomów. Ludzkie telomery składają się z tablicy powtórzeń heksamserycznych 5'-TTAGGGn, które różnią się długością od 12 do 15 kilozasad (kb) przy urodzeniu1. Ludzka telomeraza, enzym rybonukleoproteinowy, który utrzymuje telomery, została po raz pierwszy zidentyfikowana w lizatach komórkowych HeLa (linia komórek rakowych)2. Telomery i telomeraza odgrywają razem ważną rolę w spektrum procesów biologicznych, takich jak ochrona genomu, regulacja genów i nieśmiertelność komórek rakowych3,4,5,6.
Telomeraza ludzka składa się głównie z dwóch kluczowych składników, a mianowicie odwrotnej transkryptazy telomerazy i RNA telomerazy (odpowiednio hTERT i hTERC). Podjednostka białkowa, hTERT, jest katalitycznie aktywnym składnikiem odwrotnej transkryptazy enzymu telomerazy. Matryca RNA, hTERC, dostarcza telomerazę z matrycą do przedłużania i/lub utrzymywania telomerów. Większość ludzkich tkanek somatycznych nie ma wykrywalnej aktywności telomerazy. Niezdolność polimerazy DNA do wydłużenia końca opóźnionej nici DNA wraz z brakiem telomerazy prowadzi do postępującego skracania telomerów po każdej rundzie podziału komórkowego. Zjawiska te prowadzą do skrócenia telomerów w większości komórek somatycznych, aż osiągną krytycznie skróconą długość, w wyniku czego komórki wchodzą w stan starzenia replikacyjnego. Maksymalna liczba podziałów, przez które komórka może się podzielić, zależy od długości telomerów i uważa się, że ta blokada do dalszego podziału komórki zapobiega postępowi do onkogenezy7. Komórki rakowe są w stanie przezwyciężyć starzenie replikacyjne wywołane telomerami i kontynuować proliferację, wykorzystując telomerazę do utrzymania telomerów. Około 90% nowotworów aktywuje telomerazę, co sprawia, że aktywność telomerazy jest niezwykle ważna zarówno w wykrywaniu, jak i leczeniu raka.
Rozwój testu TRAP w latach 90. był kluczowy w identyfikacji niezbędnych składników enzymu telomerazy, jak również w pomiarze telomerazy w szerokim zakresie komórek i tkanek, zarówno normalnych, jak i rakowych. W oryginalnym żelowym teście PCR wykorzystano radioaktywnie znakowane substraty DNA do wykrycia aktywności telomerazy. W 2006 roku test został zaadaptowany do postaci nieradioaktywnej przy użyciu znakowanych fluorescencyjnie substratów8,9. Używając substratów znakowanych fluorescencyjnie, użytkownicy byli w stanie zwizualizować produkty przedłużające telomerazę jako pasma na żelu, wystawiając go na działanie odpowiedniej długości fali wzbudzenia. Czułość testu TRAP i jego zdolność do wykrywania aktywności telomerazy w surowych lizatach komórkowych sprawiły, że test ten stał się najczęściej stosowaną metodą wykrywania aktywności telomerazy. Test TRAP ma jednak ograniczenia. Test jest oparty na żelu, co utrudnia wykonanie niezbędnych powtórzeń w badaniach o umiarkowanej i wysokiej przepustowości, a zatem rzadko osiąga się właściwą analizę statystyczną. Co więcej, test na bazie żelu jest trudny do wiarygodnego określenia ilościowego ze względu na niemożność wykrycia mniej niż dwukrotnych różnic w aktywności telomerazy między próbkami. Pokonanie tych dwóch ograniczeń ma kluczowe znaczenie dla przeniesienia testów aktywności enzymatycznej, takich jak TRAP, do zastosowań klinicznych lub przemysłowych w celu wykrywania aktywności telomerazy w próbkach pobranych od pacjentów lub w badaniach nad projektowaniem leków.
Digital PCR został początkowo opracowany w 1999 roku jako sposób na przekształcenie wykładniczego i analogowego charakteru PCR w liniowy i cyfrowy test10. Cyfrowy PCR kropelkowy (ddPCR) jest najnowszą innowacją oryginalnej metodologii cyfrowego PCR. Cyfrowy PCR kropelkowy pojawił się wraz z pojawieniem się zaawansowanych mikrofluidyków i chemii emulsji typu olej w wodzie, aby niezawodnie generować stabilne i równomierne kropelki. W przeciwieństwie do żelowego, a nawet ilościowego PCR (qPCR), ddPCR generuje bezwzględną kwantyfikację materiału wejściowego. Kluczem do ddPCR jest wygenerowanie ~20 000 indywidualnych reakcji poprzez podzielenie próbek na kropelki. Po PCR w punkcie końcowym czytnik kropelek skanuje każdą kroplę w sposób podobny do cytometru przepływowego, zliczając, wymiarując i rejestrując obecność lub brak fluorescencji w każdej pojedynczej kropli (tj. brak lub obecność amplikonów PCR w każdej kropli). Następnie, korzystając z rozkładu Poissona, cząsteczki wejściowe są szacowane na podstawie stosunku dodatnich kropel do całkowitej liczby kropel. Liczba ta reprezentuje szacunkową liczbę cząsteczek wejściowych w każdym PCR. Ponadto ddPCR jest wykonywany i analizowany na 96-dołkowej płytce, która pozwala użytkownikowi na badanie wielu próbek, a także wykonywanie replik biologicznych i technicznych w celu prawidłowej analizy statystycznej. W rezultacie połączyliśmy potężną kwantyfikację i umiarkowaną przepustowość ddPCR z testem TRAP, aby opracować test ddTRAP 11. Ten test jest przeznaczony dla użytkowników do badania i solidnego określania ilościowego bezwzględnej aktywności telomerazy z próbek biologicznych11,12. Czułość ddTRAP pozwala na ilościowe określenie aktywności telomerazy na podstawie ograniczonych i cennych próbek, w tym pomiarów jednokomórkowych. Co więcej, użytkownicy mogą również badać skutki manipulacji telomerazą i/lub leków z bezwzględną kwantyfikacją mniej niż dwukrotnych zmian (~50% różnic). ddTRAP jest naturalną ewolucją testu TRAP w kierunku cyfrowego i bardziej przepustowego charakteru nowoczesnych eksperymentów laboratoryjnych i warunków klinicznych.