Tecnología de Microarrays: Fundamentos y Aplicaciones en Expresión Génica

Microarrays: Concepto y Aplicaciones

Un microarray es una superficie sólida sobre la que se une una serie de fragmentos de ADN. Se utilizan para analizar la expresión de diferentes genes, así como la monitorización de miles de ellos de forma simultánea. Mediante los microarrays se pretende realizar un estudio de la expresión génica a gran escala. La tecnología de los microarrays integra métodos matemáticos, estadísticos, entre otros. Se basa en el dogma central de la biología molecular y mide los niveles de transcripción del ARNm en un determinado caso de estudio.

El Transcriptoma

Esto se conoce como transcriptoma, que es el conjunto de ARNm resultante de la traducción del genoma bajo determinadas condiciones.

Funciones y Características de los Microarrays

• Identificación de Enfermedades: Una de las funciones de los microarrays es identificar genes que produzcan ciertas enfermedades mediante la comparación de los niveles de expresión entre células sanas y enfermas.
• Origen: La secuencia completa del genoma requirió de métodos para expresar su expresión a gran escala, y en ese momento fue cuando surgió la necesidad de los microarrays.
• Sistema Cerrado: El microarray se puede considerar un sistema cerrado, ya que solo lo que es secuenciado en el array puede ser determinado. Es decir, si no se incluye información adicional más allá del gen de interés, esta no se va a expresar.
• Estructura Física: El microarray es un chip de 1.28 x 1.28 cm formado por entre 16,000 y 100,000 rasgos. Los rasgos contienen diferentes secuencias de ARNm, pero todas tienen el mismo número de segmentos.
• Detección: Todas las muestras se marcan con fluorescencia. La cantidad de secuencias híbridas se convierte en una intensidad de luz (cuanto mayor es el número, mayor intensidad de luz y, por tanto, mayor actividad).

Chips de Oligonucleótidos (Fotolitografía)

Sobre la superficie del array se sintetizan los nucleótidos. Los microarrays emplean la propiedad de la hibridación para determinar e identificar la secuencia de ARN presente. Para hibridar la sonda se emplean dos de ellas: una realiza el alineamiento perfecto con el oligonucleótido y la otra hace un mismatch (no va a hacer alineamiento, ya que hay una modificación en una de sus bases). Esto es así para asegurarse de que la adherencia es correcta, y así, al expresarse, se ven distintas tonalidades de color. Para ver el color, se añade biotina a cada copia de ARN. La biotina hace de pegamento, de tal forma que al añadir moléculas fluorescentes, estas se unen al ARN.

Microarrays de Dos Canales (Spotted Microarrays)

Las sondas son oligonucleótidos, ADN complementario (ADNc) o pequeños fragmentos de PCR. El procedimiento es similar al anterior, pero en este caso las cadenas de ADNc utilizadas son más largas y en el mismo array se van a comparar distintas muestras de tejido sano y enfermo. El ADNc se tiñe de dos colores (rojo y verde) en función del tejido tratado: rojo para tejido enfermo y verde para sano. Terminada la hibridación, se verá en rojo el tejido enfermo, en verde el sano, amarillo si ambos tejidos se expresan, y negro si no se expresa ninguno.

Los puntos del array son circulares en vez de cuadrados, y los puntos que sean únicamente, por ejemplo, rojos, se corresponderán con los genes que se expresen con mayor intensidad en los enfermos.

Clustering en Microarrays

El Clustering es la técnica más utilizada para encontrar grupos de genes o condiciones en microarrays. El Clustering jerárquico son agrupamientos de genes de forma jerárquica, en el sentido de que se pueden visualizar genes dependiendo de los diferentes filtros que se apliquen: el grado de epitelización de los tejidos, la función del tejido, su nivel de expresión, etc.