表达谱芯片

Genetics

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Summary

微阵列分析基因表达的重要工具,基于附加到玻璃芯片的探针与核酸所得样品之间的互补绑定。使用这些阵列,科学家可以同时评价数千个基因的表达。此外,不同的细胞或组织类型的表达谱可以相比,让研究人员推断如何不同基因表达的改变生物过程,并从而洞察基因可能在通路或网络中如何运作的。

在这里,朱庇特解释了微阵列背后的原则。这是用于执行微阵列实验和分析微阵列数据简介一般议定书所遵循的。我们结束探讨如何科学家当前正在使用芯片为例,比较不同的细胞类型来自癌和非癌性的组织,去研究重要的生物学问题之间的基因表达。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 遗传学精要. 表达谱芯片. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

DNA 微阵列是广泛使用的工具,同时测量许多不同基因的表达。他们包含了数以千计的探测器 — — 每个元素代表一个不同的基因 — — 固定化"芯片"或幻灯片,并依赖互补杂交评价基因表达在不同的生理条件。

这个视频将涵盖芯片技术、 基因表达谱芯片,并用一些当前的应用程序协议的基本原则。

让我们开始讨论基因表达分析、 基因芯片技术的原则。

开发评估生物样品中的基因表达的最早的方法之一是北弄脏,其中涉及到"探究"为特定 RNA 分子固定在膜上。"自由浮动"探头承认在示例中,互补的 RNA 序列,以便它们可以被可视化,通常用放射性或荧光分子标记。

微细加工、 基因组测序和其他技术的进步导致微阵列生物芯片的发展。像是北部的墨水,芯片基于序列探针与样品核酸序列互补结合的原则。不同于北方,然而,在微阵列是固定在玻片或芯片寡核苷酸探针。"自由浮动"样本生成从 RNA 分离的细胞或有机体的利息,即是反向转录到互补或"c"-DNA。这可以要么直接标有荧光分子或他们的数额可能会进一步放大,通过体外转录到茨尔纳。该示例然后杂交到芯片。因为芯片为不同的应用程序设计问题的探讨,可采用"感",这意味着它们的序列是在同一个方向一个有机体的表达 RNA 或"反义",研究人员必须确保样品的钢绞线方向是互补的探针。

每个芯片上的基因特定点的"原始"荧光强度数据然后可以量化和处理。数据可以受到进一步统计测试,如学生的 t 检验,以确定是否荧光信号 — — 并因此表达水平 — — 为感兴趣的基因存在显著差异两种细胞类型或实验条件。

研究人员还可以使用此数据基于相似的表达模式的"簇"或一组基因。例如,当比较两个细胞群体之间的表达模式,某些基因可能找到证明表达的变化大致相当的量在同一方向,和因此会组合在一起。研究人员可以描述这些关系类型的树关系图或"聚"的高度和安排的"树枝"的指示中多么相似 — — 种或异种 — — 基因表达模式。这种类型的分析可以洞察基因网络,因为"聚集"的基因可能参与相同的生物路径。

现在我们讨论过的微阵列方法论原则,让我们来看一个典型的微阵列实验。

确保质量的孤立 RNA,工作区和设备应对待灭活核酸酶的化学物质 — — 否则会破坏 RNA 的酶。RNA 是然后从感兴趣的样品分离和纯化,并通过分光光度法确定其浓度和完整性。

此示例 RNA 转换为 cDNA,然后茨尔纳。接下来,样品是标有荧光分子和支离破碎的和它的质量和数量可以再签,在此时亦也可以评估的荧光标记的程度。

标记的茨尔纳然后混合在一起"杂交解决方案"之前加载到芯片上。为方便成功杂交,"混音器"被放在芯片的形式"杂交分庭"。杂交组合然后慢慢添加到数组中。必须小心以避免气泡,因为这些可以绑定到特定区域中的芯片,样品的干扰,导致在一个虚假的负面信号。一旦添加了样品,芯片孵在适当温度下长达 24 小时。

后杂交,搅拌机删除其芯片、 未绑定的示例就会被洗掉,和数组彻底吹干在专业化、 幻灯片控股的离心机离心。干的芯片插入到生物芯片扫描仪和机器进行调整,这样在芯片上观察到的最亮信号并非过度饱和。然后扫描芯片,和整个芯片的图像产生。

一旦扫描过的芯片,图像文件加载到数据提取软件并评估任何信号不合。从基因芯片图像中提取的数据受到一些统计操作,包括日志2变换,使得研究人员能够数值描述数据折增加或减少的基因表达;以及正常化,占微阵列芯片的信号差异。这处理数据可以,然后进一步分析。

现在,我们已经展示了表达谱芯片如何进行的让我们看看如何可以在具体实验中使用微阵列。

研究人员经常使用微阵列来评估如何基因表达改变在整个生物的过程,如细胞分化。在这里,科学家评估是 22-核苷酸参与微调中代表不同发展阶段的视网膜的三种细胞类型的基因表达的小分子 Rna 的 Microrna 的水平。通过比较这些细胞间 microRNA 表达,研究者们能够识别潜在的参与视网膜组织分化和发育的基因。

微阵列技术也可以用于评估不同的细胞或组织类型之间的表达差异。在这个实验中,啮齿动物模型的创伤后应激障碍或 PTSD,成立由暴露大鼠电击。从不同脑区神经元被收集和 RNA 被孤立。微阵列技术被用于识别这些神经元线粒体相关基因的差异表达提供洞察 PTSD 背后的复杂的分子机制。

最后,研究人员也正在应用微阵列于癌症的研究,希望可以确定生物标志物的新疾病。由于感染病毒在我们的进化,人类基因组包含病毒的基因序列,称为"内源性逆转录病毒"或内源性,其中有些仍在积极表示。在这里,癌细胞与正常前列腺组织中的内源性表达比较了使用微阵列。此方法允许科学家可以确定几种内源性前列腺癌,当时上调使它们可以用来诊断疾病的潜在生物标志物。

你刚看了朱庇特的视频上使用微阵列分析的基因表达。这个视频覆盖芯片技术的基本原理、 表达谱,并应用这种技术的协议。一如既往,感谢您收看 !

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