E-learning 2. Analýza dat 2.2. Analýza vysokopokryvných genomických dat 2.2.1. DNA mikročipy 2.2.1.7. Analýza expresních čipů

Kompletní lidský genom se skládá ze zhruba 3 bilionů párů bází a je odhadováno, že obsahuje 20 000-25 000 genů – informačních jednotek obsahujících nezbytné informace pro tvorbu proteinů nebo funkčních RNA molekul (tRNA, rRNA, microRNA…) skrze proces transkripce (exprese) do mRNA a následné translace do sekvence aminokyselin, které tvoří protein. Geny jsou exprimovány a proteiny tvořeny podle individuálních potřeb buňky nebo celého organismu. Všechny geny nejsou aktivovány a exprimovány ve stejném čase. Informace o tom, které geny jsou aktivovány v tkáni/organismu v určitém stavu se nazývá profil genové exprese. Aktivita genu je ekvivalentní s jeho expresí a genová exprese může být měřena kvantitou odpovídající mRNA ve vzorku. Množství mRNA ve vzorku může být jednoduše změřeno technologií DNA mikročipu, která k tomuto účelu byla původně navržena. DNA mikročipy měřící expresi genu se nazývají expresní čipy.

Znalost profilu genové exprese vzorku (buňky/tkáně/organismu) je užitečná informace pomáhající rozlišit různé druhy vzorků. Různé profily exprese znamenají různé chování buňky (tkáně/organismu) ve specifických podmínkách. Je to aktivace specifických genů, které pomáhají buňce odpovídat na různé podněty prostředí, adaptovat se a přežít.
V medicíně pomáhá porovnání genových expresí mezi různými tkáněmi pochopit epidemiologii a příčiny onemocnění. Zvýšená či snížená exprese genu může rozhodovat o vývoji onemocnění a být jeho jedinou příčinou. Toto je praktikováno v onkologii, protože nádorové buňky jsou dobře známé díky své genomické nestabilitě, která jim dává oproti normálním buňkám výhodu přežít za všech podmínek, nekontrolovatelně růst a poškozovat jiné tkáně. Ve zdravém organismu je genová exprese velmi přísně kontrolována. Exprese genu může být od jeho normálu modifikována různými mechanismy. Nejběžnějšími jsou poškozený mechanismus regulace genové transkripce a genové aberace.

Poškození regulace genové transkripce

První příčinou je selhání regulačního mechanismu genové exprese. Genová transkripce je proces regulovaný souborem různých signalizačních drah včetně počtu molekul. Tyto dráhy mohou být kombinovány a/nebo se mohou navzájem zaměňovat.

Genové aberace

Genová exprese může být ovlivněna změnami ve struktuře nebo počtem kopií genu. U diploidních organismů je gen v buňce většinou přítomen ve dvou kopiích, každá od jednoho rodiče. Během procesu DNA replikace je DNA náchylná k inzerčním a delečním mutacím. Tyto mutace jsou normálně opravovány kontrolní funkcí DNA polymerázy zvanou proofreading (kontrolní čtení) a skupinou genů zapojených do tzv. mismatch repair (korekce správného párování bází). Nicméně pokud tento mechanismus DNA oprav selže, mohou být geny deletovány (v jedné nebo obou kopiích), amplifikovány (geny přítomné ve více než dvou kopiích) nebo jednoduše mutovány tak, že jejich protein není funkční nebo získává speciální vlastnosti, které mohou přímo způsobit onemocnění. V tomto případě dokonce je exprese genu ovlivněna, i když mechanismus regulace genové exprese pracuje dobře. Pokud z jakéhokoli důvodu buňka tuto kontrolu ztratí, pak jiný kontrolní mechanismus vede buňku k programované buněčné smrti zvané apoptóza. Přesto někdy selže i tento mechanismus.