DNA Microarray Teknolojisi
DNA mikroarray, belirli bir bireyden gelen DNA’nın genlerde bir mutasyon içerip içermediğini belirlemek için kullanılan bir yöntemdir.
Bilim insanları, belirli bir genin DNA’sındaki bir mutasyonun veya değişikliğin, belirli bir hastalığa katkıda bulunabileceğini bilir. Bununla birlikte, bu mutasyonları tespit etmek için bir test geliştirmek çok zor olabilir, çünkü çoğu büyük gen, mutasyonların meydana gelebileceği birçok bölgeye sahiptir. Örneğin, araştırmacılar BRCA1 ve BRCA2 genlerindeki mutasyonların tüm kalıtsal meme ve yumurtalık kanseri vakalarının yüzde 60’a yakınana neden olduğuna inanıyor. Ancak tüm bu vakalardan sorumlu olan belirli bir mutasyon yoktur. Araştırmacılar, yalnızca BRCA1‘de 800’den fazla farklı mutasyon keşfettiler. DNA mikroarray, belirli bir bireyden alınan DNA’nın BRCA1 ve BRCA2 gibi genlerde bir mutasyon içerip içermediğini belirlemek için kullanılan bir yöntemdir. Çip, plastik kaplı küçük bir cam plakadan oluşur. Bazı şirketler, bilgisayar mikroçipleri yapmak için kullanılanlara benzer yöntemler kullanarak mikro diziler üretir. Her çip yüzeyinde binlerce kısa, sentetik, tek iplikli DNA dizisi içerir. Bunlar birlikte söz konusu normal gen ve insan popülasyonunda bulunan bu genin varyantlarında (mutasyonlarıda) eklenir.
Şekil 1. DNA mikroarray teknolojisi
DNA mikroarray ne için kullanılır?
İlk başlarda DNA mikroarray yalnızca bir araştırma aracı olarak kullanıldı. Bilim adamları günümüzde, örneğin belirli bir mutasyona sahip bireylerin gerçekte ne sıklıkla meme kanseri geliştirdiğini belirlemek veya belirli hastalıklarla en sık ilişkilendirilen gen dizilerindeki değişiklikleri tanımlamak için büyük ölçekli nüfus çalışmalarında sıklıkla kullanıyor. Bu mümkün hale gelmesinde tıpkı bilgisayar çiplerinde olduğu gibi, insan genomunun çok büyük bir bölümünü temsil eden çok büyük sayıda ‘özellik’ mikroarray çiplerine yerleştirilmesi büyük öneme sahiptir.
Mikroarrayler, belirli genlerin hücrelerde ve dokularda ne ölçüde açılıp kapatıldığını incelemek için de kullanılabilir. Bu durumda örneklerden DNA izole etmek yerine RNA izole edilir ve analiz edilir.
Günümüzde DNA mikroarray bazı hastalıklar için klinik tanı testlerinde kullanılmaktadır. Bazen belirli bireyler için hangi ilaçların en iyi reçete edilebileceğini belirlemek için de kullanılırlar çünkü genler vücudumuzun bu ilaçlarla ilgili kimyayı nasıl işlediğini belirler. Yeni DNA dizileme teknolojilerinin ortaya çıkmasıyla, geçmişte mikrodizilerin kullanıldığı bazı testler artık bunun yerine DNA dizileme ile yapılmaktadır. Ancak mikroarray testleri hala DNA dizilemeden daha ucuz olma eğilimindedir, bu nedenle çok büyük çalışmaların yanı sıra bazı klinik testler için de kullanılabilirler.
DNA mikroarray nasıl çalışır?
Bir bireyin belirli bir hastalık için mutasyona sahip olup olmadığını belirlemek için, bir bilim insanı önce hastanın kanından bir DNA örneği ve ilgilenilen gende mutasyon içermeyen bir kontrol örneği alır.
Araştırmacı daha sonra örneklerdeki DNA’yı denatüre eder. Denatürasyon DNA’nın iki tamamlayıcı ipliğini tek iplikli moleküllere ayıran bir süreçtir. Bir sonraki adım, uzun DNA ipliklerini daha küçük, daha yönetilebilir parçalara bölmek ve ardından her bir parçayı bir floresan boya ekleyerek etiketlemektir (bunu yapmanın başka yolları da vardır ancak bu yaygın kullanılan bir yöntemdir). Bireyin DNA’sı yeşil boya ile etiketlenir ve kontrol (normal) DNA kırmızı boya ile etiketlenir. Her iki etiketli DNA seti daha sonra çipe eklenir ve çip üzerindeki sentetik DNA’ya hibridize olmasına (bağlanmasına) izin verilir.
Birey gen için bir mutasyona sahip değilse, hem kırmızı hem de yeşil örnekler, mutasyon olmadan diziyi temsil eden çip üzerindeki dizilere bağlanacaktır (“normal” dizi).
Eğer birey bir mutasyona sahipse, bireyin DNA’sı “normal” sekansı temsil eden çip üzerindeki DNA sekanslarına düzgün şekilde bağlanmayacak, bunun yerine mutasyona uğramış DNA’yı temsil eden çip üzerindeki sekansa bağlanacaktır.
Şekil 2. DNA mikroarray yapılışının şematik özeti
Mikroarray teknolojisinden, moleküler genetikte DNA, RNA ve metilasyon analizlerinde yararlanılmaktadır. Başlangıç materyali DNA olacak şekilde tek nükleotit polimorfizmi, moleküler karyotipleme, bağlantı analizi (linkage analysis) ve genom boyu ilişkilendirme çalışmalarını (GWAS) gerçekleştirmek mümkündür. Gen ekspresyon analizlerinde ise RNA materyali ile cDNA veya cRNA dönüşümleri tamamlanarak hedef-kontrol karşılaştırmaları yapılmaktadır. Ayrıca ilgili veritabanlarından alınan prob içerikleri ile birlikte miRNA’ların array platformunda çalışılması da mümkün hale gelmiştir. Metilasyon Array analizlerinde ise genom boyu yerleştirilmiş yüzbinlerce CpG probları ile epigenetik araştırmalar yapılabilmektedir.
Mikroarray uygulamaları, günümüzde yaygın olarak Illumina, Agilent ve Affymetrix platformlarında gerçekleştirilmektedir. Illumina mikroarray çipleri “bead” teknolojisi kullanılarak üretilmiştir ve InfiniumHD, Direct Hybridization gibi çeşitli kimyasal yöntemler ile çalışmaktadır. Illumina’nın sağladığı SNP çip ve metilasyon çip teknolojilerinde her bir proba ait 30 adet kopyanın bir kuyuda yer alması ile çalışmanın hassasiyeti arttırılmıştır. Agilent mikroarray çipleri “Sureprint” ve “Surescan” teknolojileri ile üretilmektedir ve bir çok organizmaya özgü SNP ve ekspresyon çipleri bulunmaktadır. Affymetrix ise “Genechip” teknolojisi ile uzun süredir mikroarray çip üretimini ve hizmet sağlayıcılığını çeşitli ürünleri ile sürdürmektedir.
DNA mikroarray, hücre ve dokulardaki gen ekspresyonu profillerindeki global değişikliklerin incelenmesinde kullanılan yeni ve güçlü bir teknolojidir. Transkripsiyonun genomik bir ölçekte değerlendirilmesi, düzenli bir mozaik şeklinde tüm genomu, ya oligonükleotid (oligonükleotid mikroarray’leri) ya da bireysel genleri temsil eden PCR ürünleri (cDNA mikroarrayleri) koleksiyonu olarak barındıran cam slaytlar ve ince katman camlar ile yani DNA mikroarray teknolojisi ile sağlanmıştır. Bir mikroorganizmanın tüm genleri “tırnak” boyutunda olan bir alanda mikroarray-lenebilir ve binlerce genin ekspresyon seviyeleri tek bir deneyde simultane olarak çalışılabilir.
Otomatize ve minyatürize olması ile öne çıkan bu teknoloji, çeşitli spesifik genlerin (Örn. enfeksiyöz bir ajan ile ilişkili olan genler) ya da gen polimorfizminin araştırılması ve ekspresyon analizinde kullanılmaktadır. Arrayler polimorfizm analizinin yanında mutasyon analizi, evolüsyoner çalışmalar ve sekans analizlerinde, potansiyel terapötik ajanların tespiti, geliştirilmesi, optimizasyonu ve klinik değerlendirmelerinde de kullanılabilmektedir. Ayrıca mikroarray verilerinin bilişimsel olarak analizi bilinen ya da bilinmeyen genlerin mRNA modellerine bakılarak sınıflandırılmasını da sağlamaktadır.
DNA mikroarray teknolojisi, birçok genin aktivitesinin aynı zamanda izlenebilmesi; hızlı bir yöntem olması; hasta ve sağlıklı hücrelerdeki genlerin aktivitelerinin karşılaştırılmasını sağlaması ve hastalıkları alt-gruplar halinde kategorize edebilme gibi avantajlarının yanı sıra, tek bir seferde çok fazla veri analizi yapıldığından, tüm sonuçların analizinin zaman alması; sonuçların yorumlamak için çok kompleks olabilmesi; sonuçların yeterince kantitatif olmaması ve oldukça pahalı bir teknoloji olması gibi bazı dezavantajlara da sahiptir.
Kaynaklar:
Henüz hiç yorum yapılmamış.