DNAマイクロアレイまた、DNAチップ又はDNAマイクロアレイと呼ばれるが、可変材料、プラスチックまたはガラスのいずれかの物理的支持体に固定されたDNA断片の系列から構成されています。DNAの各部分は、特定の遺伝子に相補的な配列を表します。
マイクロアレイの主な目的は、対象となる特定の遺伝子の発現の比較研究です。たとえば、この手法を2つのサンプルに適用することは一般的です。1つは健康な状態で、もう1つは病理学的で、どの遺伝子が発現しているか、どの遺伝子がその状態のサンプルにないかを識別するためです。前記サンプルは、細胞または組織であり得る。
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一般的に、蛍光分子を使用することにより、遺伝子の発現を検出および定量化できます。チップの操作は、ほとんどの場合ロボットによって行われ、多数の遺伝子を同時に分析することができます。
この新しいテクノロジーは、医療診断からプロテオミクスおよびゲノミクスの分野でのさまざまな分子生物学研究まで、幅広い分野に役立ちます。
それは何で構成されていますか？
DNA（デオキシリボ核酸）マイクロアレイは、固体マトリックスに付着した特定のDNAセグメントのセットです。これらの配列は、研究したい遺伝子に相補的であり、cm 2あたり最大10,000個の遺伝子が存在する可能性があります。
これらの特徴により、生物の遺伝子発現の体系的かつ大規模な研究が可能になります。
細胞が機能するために必要な情報は、「遺伝子」と呼ばれる単位でエンコードされています。特定の遺伝子には、タンパク質と呼ばれる必須の生体分子を作成するための指示が含まれています。
DNAが中間メッセンジャーRNA分子に転写され、遺伝子の発現がこのDNAセグメントの転写レベルに応じて変化する場合、遺伝子は発現します。特定の場合において、発現の変化は疾患を示している可能性がある。
ハイブリダイゼーションの原理により、マイクロアレイの操作が可能になります。DNAは、アデニン、チミン、グアニン、シトシンの4種類のヌクレオチドで構成される分子です。
二重らせん構造を形成するために、アデニンはチミンと、シトシンはグアニンとグループ化します。したがって、2つの相補鎖を水素結合で結合できます。
マイクロアレイの種類
マイクロアレイの構造に関しては、2つのバリエーションがあります。カスタムメイドの相補的DNAまたはオリゴヌクレオチドと、Affymetrix GeneChipなどの商用企業によって製造された市販の高密度マイクロアレイです。
最初のタイプのマイクロアレイは、単一チップ上の2つの異なるサンプルからのRNAの分析を可能にしますが、2番目のバリエーションは商業タイプであり、多数の遺伝子（たとえば、Affymetrix GeneChipには約12,000のヒト遺伝子）があり、分析が可能です単一のサンプル。
処理する
RNA分離
マイクロアレイ技術を使用して実験を行う最初のステップは、RNA分子の分離と精製です（メッセンジャーRNAまたは他のタイプのRNAの場合があります）。
2つのサンプルを比較する場合（特に、健康vs病気、対照vs治療）、両方の組織で分子の分離を行う必要があります。
cDNAの作成とラベリング
続いて、RNAは標識されたヌクレオチドの存在下で逆転写プロセスにかけられ、それにより相補的なDNAまたはcDNAが得られます。
ラベルは蛍光性である場合があり、分析される2つの組織間で区別可能でなければなりません。従来の方法では、蛍光化合物Cy3とCy5が使用されます。これらは異なる波長で蛍光を発するからです。Cy3の場合、それは赤に近い色であり、Cy5はオレンジと黄色の間のスペクトルに対応します。
ハイブリダイゼーション
ｃＤＮＡを混合し、ＤＮＡマイクロアレイでインキュベートして、ＤＮＡの一部がマイクロアレイの固体表面に固定化された両方のサンプルからのｃＤＮＡのハイブリダイゼーション（すなわち、結合が起こる）を可能にする。
マイクロアレイ内のプローブとのハイブリダイゼーションの割合が高いほど、対応するmRNAの組織発現が高いと解釈されます。
システム読み取り
発現の定量化は、各cDNAから放出される蛍光の量にカラーコードを割り当てるリーダーシステムを組み込むことによって実行されます。たとえば、病的状態を示すために赤が使用され、それがより高い比率で交雑する場合、赤の成分が主な成分になります。
このシステムでは、選択した両方の条件で分析された各遺伝子の過剰発現または抑制を知ることができます。つまり、実験で評価したサンプルのトランスクリプトームを知ることができます。
ウィリアム・コモンズのラーソノ
用途
現在、マイクロアレイは医療分野で非常に強力なツールと見なされています。この新技術により、疾患の診断が可能になり、さまざまな病状で遺伝子発現がどのように変化するかをよりよく理解できます。
さらに、可能な治療の効果を研究するために、対照組織と特定の薬物で治療された組織の比較が可能です。
これを行うには、通常の状態と病気の状態を薬物投与の前後で比較します。in vivoでのゲノムに対する薬物の効果を研究することにより、その作用機序の概要がわかります。また、なぜ特定の薬が望ましくない副作用を引き起こすのかが理解できます。
癌
がんは、DNAマイクロアレイで研究された疾患のリストのトップです。この方法論は、特に白血病の場合において、疾患の分類と予後のために使用されてきました。
この状態の研究分野には、細胞周期の調節と細胞死（またはアポトーシス）のプロセスの失敗をもたらす遺伝子発現のパターンを見つけるための癌細胞の分子基盤の圧縮と特性評価が含まれます。
その他の病気
マイクロアレイを使用することにより、アレルギー、一次免疫不全、自己免疫疾患（関節リウマチなど）、感染症などの病状における遺伝子の発現プロファイルの違いを解明することができました。
参考文献
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