15.6: Enfoques genómicos - La micromatriz de ADN

Tradicionalmente, cuando se sabía que los niveles celulares de una proteína cambiaban en respuesta a un efector químico, los estudios moleculares se centraban en el control de la transcripción de su gen. Estos estudios a menudo revelaron que el control de la expresión génica estaba a nivel de transcripción, activando o apagando un gen a través de interacciones de factores de transcripción con ADN. Sin embargo, los niveles de proteína también se controlan postranscripcionalmente, regulando la velocidad de traducción o degradación del ARNm. Los estudios de los mecanismos de regulación transcripcional y posttranscripcional son fundamentales para nuestra comprensión de cómo se elabora la proteína correcta en las cantidades adecuadas en el momento adecuado.

Podemos haber sospechado, pero ahora sabemos que el control de la expresión génica y las respuestas celulares puede ser más complejo que aumentar o disminuir la transcripción de un solo gen o la traducción de una sola proteína. Secuencias del genoma completo y nuevas técnicas hacen posible el estudio de la expresión de prácticamente todos los genes en una célula al mismo tiempo, un campo de investigación llamado genómica. Los estudios genómicos revelan redes de genes regulados que deben entenderse para explicar de manera más completa los cambios de desarrollo y fisiológicos en un organismo. Cuando puedes 'ver' todos los ARN que se transcriben a partir de genes activos en una célula, estás mirando el transcriptoma de una célula. Por analogía con la genómica, la transcriptómica define estudios de 'redes' de ARN interactivos. Nuevamente, por analogía con la genómica y la transcriptómica, el amplio estudio de las proteínas activas e inactivas en células o tejidos, cómo se modifican (procesan) antes de su uso y cómo interactúan se llama proteómica. Las tecnologías aplicadas a los estudios proteómicos incluyen microarrays de proteínas, técnicas inmunoquímicas y otras especialmente adecuadas para el análisis de proteínas (haga clic en Proteomics Techniques-Wikipedia para más información). Las micromatrices de proteínas se utilizan cada vez más para identificar interacciones proteína-proteína, así como los diferentes estados de las proteínas bajo diferentes condiciones celulares. Lea aún más sobre estos emocionantes desarrollos y su impacto en la investigación básica y clínica en Protein Microarrays de ncbi.

Finalmente piense en esto: crear una biblioteca proteómica análoga a una biblioteca genómica parecería una perspectiva desalentadora. Pero los esfuerzos están en marcha. Consulte Una puñalada en el mapeo del Proteoma Humano para una investigación original que conduzca al muestreo de un proteoma humano específico de tejido y haga clic en Estrategias para Acercarse al Proteoma para obtener más información general. Veamos algunos usos de los microarrays de ADN. Esta tecnología implica 'manchar' ADN (por ejemplo, ADN clonado de una biblioteca genómica o de ADNc, productos de PCR, oligonucleótidos...) en un portaobjetos de vidrio, o chip. En el lenguaje del análisis de micromatrices, los portaobjetos son las sondas. Detectar un chip es un proceso robótico. Debido a que las manchas de ADN son microscópicas, un transcriptoma específico de células (biblioteca de ADNc) puede caber en un solo chip. Una micromatriz genómica pequeña también podría caber en un solo chip, mientras que los genomas más grandes podrían necesitar varios portaobjetos. Un uso primario de microarrays de ADN es el perfilado transcripcional. Una micromatriz genómica puede sondear una mezcla de ADNc diana etiquetados fluorescentemente hechos de ARNm, con el fin de identificar muchos (si no todos) de los genes expresados en las células en un momento dado (es decir, su transcriptoma). Las sondas de micromatriz de ADNc también pueden sondear diferencias cuantitativas en la expresión génica en células o tejidos durante la diferenciación normal o en respuesta a señales químicas. También son valiosos para el genotipado, (es decir, caracterizar los genes en un organismo). Las micromatrices son tan sensibles que incluso pueden distinguir entre dos genes o regiones de ADN que difieren en un solo nucleótido. Haga clic en Polimorfismos de un solo nucleótido o SNP para obtener más información. En la micromatriz a continuación, cada mancha coloreada (roja, amarilla, verde) es una molécula marcada fluorescentemente diferente que se hibrida con secuencias diana en la micromatriz. En el microscopio de fluorescencia, las manchas fluorescen diferentes colores en respuesta a la luz UV.

Con métodos cuantitativos de microarrays, se puede medir el brillo (intensidad) de la señal de cada sonda. De esta manera, podemos comparar las cantidades relativas de ADNc (y por lo tanto, diferentes ARN) en el transcriptoma de diferentes tejidos o resultantes de diferentes tratamientos tisulares. En la siguiente página se muestra una tabla de diferentes aplicaciones de microarrays (adaptada de Wikipedia).

Aplicación de Tecnología	Sinopsis
Perfiles de expresión génica	En un experimento de perfiles de transcripción (ARNm o expresión génica), se monitorean simultáneamente los niveles de expresión de miles de genes para estudiar los efectos de ciertos tratamientos, enfermedades y etapas de desarrollo sobre la expresión génica.
La hibridación genómica comparada	Evaluar el contenido del genoma en diferentes células u organismos estrechamente relacionados, donde el genoma de un organismo es la sonda para un genoma diana de una especie diferente.
GeneID	Microarrays pequeños para verificar ID de organismos en alimentos y piensos para detectar organismos genéticamente modificados (OMG), micoplasmas en cultivo celular o patógenos para la detección de enfermedades. Estos protocolos de detección a menudo combinan la tecnología de PCR y microarrays.
CHIP; Inmunoprecipitación de cromatina	Las secuencias de ADN unidas a una proteína particular pueden aislarse inmunoprecipitando la proteína. Los fragmentos pueden hibridarse a una micromatriz (tal como una matriz de ordenamiento en teselas) permitiendo la determinación de la ocupación del sitio de unión a proteínas en todo el genoma.
DaMid	Análogamente a ChIP, las regiones genómicas unidas por una proteína de interés pueden aislarse y usarse para sondear una micromatriz para determinar la ocupación del sitio de unión. A diferencia de ChIP, la DAMid no requiere anticuerpos pero hace uso de la metilación de adenina cerca de los sitios de unión de la proteína para amplificar selectivamente esas regiones, introducidas expresando cantidades diminutas de proteína de interés fusionada con ADN bacteriano adenina metiltransferasa.
Detección de SNP	Identificar polimorfismo de un solo nucleótido entre alelos dentro o entre poblaciones. Algunas aplicaciones de microarrays hacen uso de la detección de SNP, incluyendo genotipado, análisis forense, medición de la predisposición a la enfermedad, identificación de fármacos candidatos, evaluación de mutaciones de la línea germinal en individuos o mutaciones somáticas en cánceres, evaluación de pérdida de heterocigosidad, o genética análisis de vinculación.
Protección alternativa para empalmes	Un diseño de matriz de unión de exones utiliza sondas específicas para los sitios de empalme esperados o potenciales de exones predichos para un gen. Es de densidad intermedia, o cobertura, a una matriz de expresión génica típica (con 1-3 sondas por gen) y una matriz genómica de mosaico (con cientos o miles de sondas por gen). Se utiliza para ensayar la expresión de formas alternativas de empalme de un gen. Las matrices de exones tienen un diseño diferente, empleando sondas diseñadas para detectar cada exón individual para genes conocidos o predichos, y pueden usarse para detectar diferentes isoformas de empalme
Arreglo de mosaicos	Las matrices de ordenamiento en teselas del genoma consisten en sondas superpuestas diseñadas para representar densamente una región genómica de interés, a veces tan grande como un cromosoma humano completo. El propósito es detectar empíricamente la expresión de transcritos o formas alternativamente empalmadas que pueden no haber sido previamente conocidas o predichas.

El Poder de las Micromatrices. https://youtu.be/88rzbpclscM

Si te gustan los récords mundiales, echa un vistazo a la salamandra con el genoma más grande, 10 veces más grande que el nuestro: El enorme genoma del axolotl. ¿Qué hacen con todo ese ADN? ¿Y nuestras tecnologías actuales pueden averiguarlo? Para el informe original, haga clic en el siguiente enlace: aquí.