ΑΣΚΗΣΗ ΜΙΚΡΟΣΥΣΤΟΙΧΙΑΣ Η αλληλούχιση του ανθρώπινου γονιδιώματος θα βοηθήσει σε εφαρμογές της βασικής έρευνας στην κλινική. Παρακάτω βρίσκεται ένα παράδειγμα για το που θα μας οδηγήσουν οι γενετικές εφαρμογές στο απώτερο μέλλον. Τώρα που καταλαβαίνετε την επιστήμη πίσω από τα τσιπς DNA, θα κοιτάξουμε μια άσκηση που δείχνει πόσο πανίσχυρη είναι αυτή η τεχνική.

Μια πραγματική ιστορία διάγνωσης καρκίνου Η εργασία αυτή έχει προσαρμοστεί από το «Snapshots of Science and Medicine, Teacher’s Guide: DNA chips» που εξεδόθη από το NIH Office of Science and Education and Office of Research on Women’s Health. Περισσότερες πληροφορίες θα βρείτε στη διεύθυνση: http://scienceeducation.nih.gov/snapshots/ Ο καρκίνος προκαλείται από ζημιά στα γονίδια που ελέγχουν την κυτταρική διαίρεση. Σαν αποτέλεσμα τα κύτταρα διαιρούνται χωρίς έλεγχο. Τα καρκινικά κύτταρα έχουν διαφορετικά επίπεδα έκφρασης από τα φυσιολογικά κύτταρα, και διαφορετικοί καρκινικοί τύποι έχουν επίσης διαφορετικά επίπεδα έκφρασης. Το 1999, μια ομάδα από επιστήμονες στην Αμερική χρησιμοποίησε μικροσυστοιχίες DNA για να διακρίνει ανάμεσα σε φαινομενικά όμοιες μορφές καρκίνου: την οξεία λεμφοβλαστική λευχαιμία (ALL), και την οξεία μυελογενή λευχαιμία (AML), οι οποίες επηρεάζουν κύτταρα του μυελού των οστών. Οι ερευνητές κατάφεραν να ταυτοποιήσουν μια ομάδα 50 γονιδίων που δείχνουν διαφορές στις δραστηριότητες μεταξύ των δυο καρκινικών τύπων. Στην παρακάτω άσκηση, θα χρησιμοποιήσουμε αυτά τα γονίδια σε μια μικρή μικροσυστοιχία για να δείξουμε πως οι μικροσυστοιχίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να διαγνώσουν ασθενείς με αυτούς τους καρκινικούς τύπους. Ο επόμενος πίνακας δίνει μια περίληψη των γονιδίων που χρησιμοποιούνται στη μικροσυστοιχία, όπως επίσης και τον τύπο του καρκίνου στον οποίο δείχνουν υψηλή δραστηριότητα.

Γονίδιο υψηλής ενεργότητας σε: Περιοχή Όνομα γονιδίου Γονίδιο υψηλής ενεργότητας σε: A1 Zyxin AML A2 Κυκλίνη D3 ALL A3 Αλυσίδα μυοσίνης A4 HOX A-9 A5 SNF 2 B1 Συνένζυμο A B2 Υποδοχέας λεπτίνης B3 OP 18 B4 Αλυσίδα δυνεΐνης Κανένα («έλεγχος») B5 SRP9 Γ1 Ακτίνη Και τα δυο («έλεγχος») Γ2 Υποδοχέας IL7 Γ3 CD-33 Γ4 MCM 3 Γ5 LYN Δ1 Myc 3 Δ2 ATPase Δ3 SRP 9 Δ4 CD 19 Δ5 Καταλάση E1 Υποδοχέας IL8 E2 Λυσοζύμη E3 Τοποϊσομεράση II E4 Αφυδρογονάση ακύλ-συνενζύμου Α E5 6-φωσφορική γλυκόζη

Τα γονίδια που ονομάζονται γονίδια «ελέγχου» είτε εκφράζονται και στους δυο ή σε κανένα καρκινικό τύπο. Αυτά τα γονίδια δεν παρέχουν πληροφορία για τον καρκινικό τύπο, αλλά συνήθως συμπεριλαμβάνονται στις μικροσυστοιχίες για να δείξουν ότι δεν έχει συμβεί κάποιο λάθος κατά το πείραμα. mRNA απομονώθηκε από κύτταρα τριών διαφορετικών ασθενών, Α, Β και Γ, σημάνθηκε με φθορίζουσες ουσίες και χρησιμοποιήθηκε για υβριδοποίηση. Για λόγους απλότητας, μόνο τα γονίδια που ήταν ενεργά κατά το πείραμα αναφέρονται στους παρακάτω τρεις πίνακες. Μπορείτε να κάνετε μια διάγνωση για τους τρεις διαφορετικού ασθενείς;

  1 2 3 4 5 Α * Β Γ Δ Ε   1 2 3 4 5 Α * Β Γ Δ Ε Αποτελέσματα μικροσυστοιχίας του ασθενή Α Αποτελέσματα μικροσυστοιχίας του ασθενή Β   1 2 3 4 5 Α * Β Γ Δ Ε Αποτελέσματα μικροσυστοιχίας του ασθενή Γ

Ο ασθενής Α έχει πέντε γονίδια (A2, A3, B1, B3, Γ4) που είναι ενεργά στην ALL, ενώ όλα τα άλλα είναι γονίδια «ελέγχου» (δεν παρέχουν πληροφορία για τον τύπο του καρκίνου). Θα μπορούσαμε, λοιπόν, να πούμε ότι ο ασθενής αυτός έχει ALL. Ο ασθενής Β έχει δυο γονίδια (Α4, Β2) που είναι ενεργά στην AML, ενώ τα άλλα γονίδια είναι «ελέγχου». Η διάγνωση του ασθενή με AML είναι ριψοκίνδυνη. Αυτός ο ασθενής δεν έχει κανένα από τα άλλα γονίδια ενεργά σε AML. Η υψηλή δραστηριότητα των γονιδίων αυτών μπορεί να οφείλεται σε ένα άλλο καρκινικό τύπο, διαφορετικό από ALL και AML. Κατά συνέπεια, αυτός ο ασθενής δεν μπορεί να διαγνωστεί με AML ούτε με ALL. Ο ασθενής Γ έχει 6 γονίδια (A1, A4, B2, Γ3, Δ2, Δ3) που είναι ενεργά σε κύτταρα με AML. Τα υπόλοιπα γονίδια στη συστοιχία είναι «ελέγχου». O ασθενής έχει πιθανώς AML. Σημείωση: Στο μέλλον, κοιτώντας απλά στις διαφορετικές δραστηριότητες των γονιδίων σε μικροσυστοιχίες, οι γιατροί θα μπορούν να κάνουν μια ακριβή πρόγνωση του αιτίου ή του τύπου ασθένειας ενός ατόμου, γεγονός που θα βοηθήσει στη δημιουργία ειδικών θεραπείών για το κάθε άτομο ξεχωριστά. Τέτοιες μέθοδοι περιγράφονται επίσης στην ενότητα των επιστημονικών δημοσιεύσεων.