肿瘤研究新思路:基因芯片的应用[创新技巧]

【字体: 时间:2012年01月17日 来源:基因快讯

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  基因芯片作为一种大规模、高通量的基因研究方式,为研究肿瘤的发生和发展提供了强有力的工具。Affymetrix 芯片作为基因芯片的领导者,近年来广泛应用于肿瘤的研究。本文基于Affymetrix 技术为肿瘤研究者提供一条新的研究思路,包括从处理肿瘤样品,筛选相关基因到验证候选基因。

基因芯片又称DNA微阵列(DNA microarray),是一块带有DNA微阵列(micorarray)的特殊玻璃片或硅芯片,在数平方厘米之面积上布放数千或数万个核酸探针;检体中的DNA、cDNA、RNA等与探针结合后,借由荧光或电流等方式侦测。经由一次测验,即可提供大量基因序列相关资讯。它是基因组学和遗传学研究的工具。研究人员应用基因芯片就可以在同一时间定量的分析大量(成千上万个)的基因表达,具有快速、精确、低成本之生物分析检验能力[1]。

目前研究认为,肿瘤的发生和发展是一个复杂的多阶段的过程,实际是多种肿瘤相关基因表达失常或许多肿瘤抑制基因失活所致[2]。基因芯片作为一种大规模、高通量的基因研究方式,为研究肿瘤的发生和发展提供了强有力的工具。Affymetrix 芯片作为基因芯片的领导者,近年来广泛的应用于肿瘤的研究,包括了解肿瘤的发病机制,识别诊断和治疗肿瘤的新基因等。本文基于Affymetrix 技术为肿瘤研究者提供一条新的研究思路,包括从处理肿瘤样品,筛选相关基因到验证候选基因。

一、样品处理
早期肿瘤组织可以采用Panomics的肿瘤细胞分离试剂盒,该试剂盒对肿瘤细胞的分离纯化过程非常温和,可以有效的保持肿瘤细胞的生物学功能。该试剂盒适用范围非常广泛,可以用于分离肿瘤组织、腹水以及癌性胸水等材料。纯化的肿瘤细胞可以直接用于作分子生物学分析和癌症的免疫治疗。

二、筛选相关基因
经由上述试剂盒分离纯化的样品可以选用经典的Affymetrix 全基因组表达芯片或是最新的Affymetrix 全基因组Cyto HD芯片分析样品的DNA水平和mRNA水平差异,通过数据分析,并将两边的信息进行比对,找出共性的基因作为候选基因。

全基因组表达芯片在基因芯片技术中应用最为广泛,技术上也最为成熟。在肿瘤研究领域具有非常重要的应用价值,利用它可以随时获取肿瘤细胞生长各时期与肿瘤生长相关基因的表达模式,并为研究肿瘤发生发展中的基因开关及表达程度提供了强有力的工具。Affymetrix公司最早开展了这方面的研究,至今仍在该领域保持领先的地位,其经典的表达谱芯片Human genome U133 Plus 2.0包含了47,000个转录本,代表了38,500个明晰的人类基因,所提供的人类基因组表达信息可广泛应用于最新调控途径的发现,药物靶点的筛选,疾病机制的探索,毒理反应的分析和生物Marker的发掘等多个研究方向。Vitari [3]等在研究人类前列腺癌发生发展中采用了Human genome U133 Plus 2.0 芯片,并最终确证了一种抑癌蛋白COP1,该项研究成果发表于今年六月份的Nature杂志。

最新的Affymetrix 全基因组Cyto HD芯片适合产前诊断、产后筛查、癌症研究以及其他遗传疾病,具有三大优势:(1)以基因为中心进行芯片设计。覆盖超过34,000 RefSeq genes,880个碱基对中就有一个Marker;全基因组骨架(backbone)设计,非基因覆盖处每1,737个碱基对含有一个Marker。(2)业界密度最高的细胞遗传学芯片。含有超过270万种探针,包括 75万种可以分型的SNP探针和195万个拷贝数探针。(3)领先的基因覆盖率指标。100%覆盖国际细胞遗传学学会(ISCA)认可的基因,384碱基中就有一个Marker;100%覆盖癌症相关基因,553碱基中就有一个Marker;覆盖12,000 条OMIM基因,659碱基就有一个Marker;100%覆盖X染色体基因,486碱基就有一个Maker。整个实验流程非常简洁,可在3天内快速得出实验结果。

采用Panomics的QGP技术对候选基因进行筛查。该技术的样本不仅可以是多基因还可以是石蜡样本。Panomics的QuantiGene® Plex 2.0技术适用于多基因定量和拷贝数分析。该技术操作非常简单,可用细胞溶液或组织匀浆直接上样,无需抽提RNA或者DNA,每次可以检测1-36个目标基因,检测结果非常可靠。该技术已由FDA认证应用于HIV、HCV等分子诊断。索取更多资料

三、验证候选基因
采用Panomics的ViewRNA技术对候选基因进行组织特异性验证。该技术适用于石蜡样本。组织特异性表达后可以进行下一步的功能性研究。Quantigene® ViewRNA作为一种划时代的mRNA原位杂交分析技术,可在单细胞水平检测多个基因低至一个拷贝数的mRNA,在定量与结构细胞生物学水平原位检测多基因的mRNA,并具有极佳的信噪比。该技术操作步骤简单快速,无需任何特殊仪器。可采用显微镜载玻片和多孔盘测定模式。在抗体无法获得的情况下,对免疫细胞化学研究是极好的补充。索取更多资料

四、展望
基因芯片是近年来出现的分子生物学与微电子技术相结合的分析检测技术,具有可行性、高通量、微型化和自动化等特点,是后基因组时代基因功能分析的最重要的技术之一[4]。进入21世纪,基因芯片技术获得了迅猛的发展,为肿瘤研究提供了许多新方法和新思路。Affymetrix芯片通过技术创新,不断推出新产品以适应肿瘤研究的需要,为肿瘤生物学研究提供了一个强有力的武器。

参考文献
[1] Maskos U, Southern EM. Oligonucleotide hybridizations on glass supports: a novellinker for oligonucleotide synthesis and hybridization properties of oligonucleotides synthesised in situ[J]. Nucleic Acids Res, 1992,20(7):1679-1684.
[2] Anisimov VN. Carcinogenesis and aging 20 years after: escaping horizon. Mech Ageing Dev. 2009; 130(1-2):105-121.
[3] Vitari, A. C. et al. COP1 is a tumour suppressor that causes degradation of ETS transcription factors. Nature 474, 403–406 (2011).
[4] Schena M, Shalon D, Heller R, et al Parallel human genome analysis: microarray-based expression monitoring of 1000 genes[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1996, 93(20): 10614-10619.

本文来自《基因快讯》2011年第2期

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