Les puces à ADN dans leur composition, leur procédure et leurs applications

Un Puce à ADN, également appelée puce à ADN ou micropuce à ADN, est composée d’une série de fragments d’ADN ancrés à un support physique de matériau variable, plastique ou verre. Chaque morceau d'ADN représente une séquence complémentaire d'un gène spécifique.

L'objectif principal des microarrays est l'étude comparative de l'expression de certains gènes d'intérêt. Par exemple, il est fréquent que cette technique soit appliquée à deux échantillons - un dans des conditions saines et un pathologique - afin d'identifier les gènes exprimés et ceux qui ne le sont pas. Cet échantillon peut être une cellule ou un tissu.

Généralement, l'expression des gènes peut être détectée et quantifiée grâce à l'utilisation de molécules fluorescentes. La manipulation des puces est effectuée dans la plupart des cas par robot et un grand nombre de gènes peuvent être analysés simultanément.

Cette technologie innovante est utile pour un large éventail de disciplines, du diagnostic médical aux diverses études de biologie moléculaire dans les domaines de la protéomique et de la génomique.

Index

• 1 Qu'est ce que c'est?
  • 1.1 Types de microréseau
• 2 procédure
  • 2.1 Isolement de l'ARN
  • 2.2 Production et marquage de l'ADNc
  • 2.3 Hybridation
  • 2.4 Lecture du système
• 3 applications
  • 3.1 Cancer
  • 3.2 Autres maladies
• 4 références

En quoi consiste?

Les puces à ADN (acide désoxyribonucléique) sont un ensemble de segments d'ADN spécifiques attachés à une matrice solide. Ces séquences sont complémentaires aux gènes qui souhaitent être étudiés et il peut y avoir jusqu'à 10 000 gènes par cm².

Ces caractéristiques permettent l'étude systématique et massive de l'expression génique d'un organisme.

Les informations dont une cellule a besoin pour son fonctionnement sont codées dans des unités appelées "gènes". Certains gènes contiennent des instructions pour la création de molécules biologiques essentielles appelées protéines.

Gène est exprimé si un ADN est transcrit en une molécule d'ARN messager intermédiaire et l'expression du gène peut varier en fonction du niveau de transcription de ce segment d'ADN. Dans certains cas, le changement d'expression peut être révélateur de maladies.

Le principe de l'hybridation permet aux microarrays de fonctionner. L'ADN est une molécule composée de quatre types de nucléotides: l'adénine, la thymine, la guanine et la cytosine.

Pour former la structure en double hélice, l'adénine est regroupée avec la thymine et la cytosine avec la guanine. Ainsi, deux chaînes complémentaires peuvent être liées par des liaisons hydrogène.

Types de microarrays

En ce qui concerne la structure de biopuces, il existe deux variantes: l'ADN ou micropuces d'oligonucléotides complémentaires sur mesure et une forte densité commerciale faite par des sociétés commerciales telles que Affymetrix GeneChip.

Le premier type de puces à ADN permet l'analyse de l'ARN à partir de deux échantillons différents dans une seule puce, alors que la deuxième variante est du type commercial et a un grand nombre de gènes (par exemple le Affymetrix GeneChip a environ 12 000 gènes humains) permettant l'analyse un seul échantillon.

Procédure

Isolement de l'ARN

La première étape dans une expérience utilisant la technologie des puces à ADN est l'isolement et la purification de molécules d'ARN (ARN messager peut être de l'ARN ou d'autres types).

Si vous voulez comparer deux échantillons (sain versus malade, contrôle vs traitement, entre autres), l'isolement de la molécule dans les deux tissus doit être effectué.

Production et marquage de l'ADNc

Par la suite, l'ARN est soumis à transcription inverse de processus en présence de nucleotides marqués et ainsi de l'ADN complémentaire ou ADNc est obtenu.

Le marquage peut être fluorescent et doit être différenciable entre les deux tissus à analyser. Les composés fluorescents Cy3 et Cy5 sont traditionnellement utilisés, car ils émettent une fluorescence à différentes longueurs d'onde. Dans le cas de Cy3, c'est une couleur proche du rouge et Cy5 correspond au spectre entre orange et jaune.

Hybridation

Les ADNc sont mélangés et les sections ont été incubées dans la puce à ADN pour permettre l'hybridation (à savoir, la liaison se produit) d'ADNc à partir des deux échantillons avec la partie de l'ADN immobilisé sur la surface solide de la puce à ADN.

Un pourcentage plus élevé d'hybridation avec la sonde dans le microréseau est interprété comme une plus grande expression tissulaire de l'ARNm correspondant.

Lecture du système

La quantification de l'expression est réalisée en incorporant un système de lecture qui assigne un code de couleur à la quantité de fluorescence émise par chaque ADNc. Par exemple, si le rouge est utilisé pour marquer l'état pathologique et qu'il s'hybride en plus grande proportion, la composante rouge sera la composante prédominante.

Avec ce système, il est possible de connaître la surexpression ou la répression de chaque gène analysé dans les deux conditions sélectionnées. En d'autres termes, on peut connaître le transcriptome des échantillons testés dans l'expérience.

Applications

Actuellement, les microarrays sont considérés comme des outils très puissants dans le domaine de la médecine. Cette nouvelle technologie permet de diagnostiquer les maladies et de mieux comprendre comment l'expression des gènes est modifiée dans différentes conditions médicales.

En outre, il permet de comparer un tissu témoin et un tissu traité avec un médicament donné, afin d’étudier les effets d’un traitement médical éventuel.

Pour ce faire, l'état normal et l'état pathologique sont comparés avant et après l'administration du médicament. En étudiant l'effet du médicament sur le génome in vivo vous avez une meilleure vue d'ensemble du mécanisme d'action de celui-ci. En outre, on peut comprendre pourquoi certains médicaments particuliers entraînent des effets secondaires indésirables.

Le cancer

Le cancer est en tête des listes de maladies étudiées avec les puces à ADN. Cette métosologie a été utilisée pour la classification et le pronostic de la maladie, en particulier dans les cas de leucémie.

Le domaine d'étude de cette condition implique la compression et la caractérisation des bases moléculaires des cellules cancéreuses pour trouver des modèles d'expression génique qui entraînent des défaillances dans la régulation du cycle cellulaire et dans les processus de mort cellulaire (ou apoptose).

Autres maladies

Grâce à l'utilisation de puces à ADN, nous avons pu élucider les profils d'expression différentielle de gènes dans les cas d'allergies, d'immunodéficiences primaires, de maladies auto-immunes (telles que la polyarthrite rhumatoïde) et de maladies infectieuses.

Références

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3. Nguyen, D.V., Bulak Arpat, A., Wang, N. et Carroll, R.J. (2002). Expériences sur les micropuces à ADN: aspects biologiques et technologiques. Biométrie, 58(4), 701-717.
4. Plous, C. V. (2007). Les puces à ADN et leurs applications dans la recherche biomédicale. Magazine CENIC. Sciences biologiques, 38(2), 132-135.
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