MICROARRAYS À ADN: PROCÉDURE ET APPLICATIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Une puce à ADN, également appelé une puce à ADN ou puce à ADN de l' ADN, est constitué d'une série de fragments d'ADN ancrées à un support physique des matières variables, que ce soit en matière plastique ou en verre. Chaque morceau d'ADN représente une séquence complémentaire d'un gène spécifique.

L'objectif principal des puces à ADN est l'étude comparative de l'expression de certains gènes d'intérêt. Par exemple, il est courant que cette technique soit appliquée à deux échantillons - un dans des conditions saines et un pathologique - afin d'identifier quels gènes sont exprimés et lesquels ne sont pas dans l'échantillon avec la condition. Ledit échantillon peut être une cellule ou un tissu.

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

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

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 des gènes à étudier et il peut y avoir jusqu'à 10 000 gènes par cm ².

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

Les informations dont une cellule a besoin pour fonctionner sont codées en unités appelées «gènes». Certains gènes contiennent les instructions pour créer des molécules biologiques essentielles appelées protéines.

Un gène est exprimé si son 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 le signe de maladies.

Le principe de l'hybridation rend possible le fonctionnement des microarrays. L'ADN est une molécule composée de quatre types de nucléotides: l'adénine, la thymine, la guanine et la cytosine.

Pour former la structure à double hélice, adénine se groupent avec la thymine et la cytosine avec la guanine. Ainsi, deux chaînes complémentaires peuvent être jointes par des liaisons hydrogène.

Types de puces à ADN

En termes de structure des puces à ADN, il existe deux variantes: l'ADN ou les oligonucléotides complémentaires sur mesure, et les puces à haute densité commerciales fabriquées par des sociétés commerciales, comme Affymetrix GeneChip.

Le premier type de microréseau permet l'analyse d'ARN à partir de deux échantillons différents sur une seule puce, tandis que la seconde variante est de type commercial et possède un grand nombre de gènes (par exemple, l'Affymetrix GeneChip possède environ 12000 gènes humains) permettant d'analyser un seul échantillon.

Processus

Isolement de l'ARN

La première étape dans la conduite d'une expérience utilisant la technologie des microréseaux est l'isolement et la purification des molécules d'ARN (il peut s'agir d'ARN messager ou d'autres types d'ARN).

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

Production et marquage d'ADNc

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

Le marqueur peut être fluorescent et doit pouvoir être distingué entre les deux tissus à analyser. De manière traditionnelle, les composés fluorescents Cy3 et Cy5 sont utilisés, car ils émettent de la fluorescence à différentes longueurs d'onde. Dans le cas de Cy3, c'est une couleur proche du rouge et Cy5 correspond au spectre entre l'orange et le jaune.

Hybridation

Les ADNc sont mélangés et incubés dans le microréseau d'ADN pour permettre l'hybridation (c'est-à-dire qu'une liaison se produit) de l'ADNc des deux échantillons avec la partie d'ADN immobilisée sur la surface solide du microréseau.

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

Lecture du système

La quantification de l'expression est réalisée en incorporant un système de lecture qui attribue un code 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 dans une proportion plus élevée, le composant rouge sera le composant prédominant.

Avec ce système, la surexpression ou la répression de chaque gène analysé dans les deux conditions sélectionnées peut être connue. En d'autres termes, le transcriptome des échantillons évalués dans l'expérience peut être connu.

Larssono, de Wikimedia Commons

Applications

Actuellement, les puces à ADN sont considérées comme des outils très puissants dans le domaine médical. Cette nouvelle technologie permet le diagnostic des maladies et une meilleure compréhension de la manière dont l'expression des gènes est modifiée dans différentes conditions médicales.

De plus, il permet la comparaison d'un tissu témoin et d'un tissu traité avec un certain médicament, afin d'étudier les effets d'un éventuel traitement médical.

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

Cancer

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

Le domaine de recherche 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 échecs 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, il a été possible d'élucider les profils d'expression différentielle des gènes dans les conditions médicales des allergies, des déficits immunitaires primaires, des maladies auto-immunes (telles que la polyarthrite rhumatoïde) et des maladies infectieuses.

Références

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