Puce à ADN - Définition et Explications

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Introduction

Principe d'utilisation de la puce à ADN.

Une puce à ADN est un ensemble de molécules d'ADN fixées en rangées ordonnées sur une petite surface qui peut être du verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...), du silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...) ou du plastique. Cette biotechnologie (L’OCDE définit la biotechnologie comme « l’application des principes...) récente permet d'analyser le niveau d'expression des gènes (transcrits) dans une cellule, un tissu, un organe (Un organe est un ensemble de tissus concourant à la réalisation d'une fonction...), un organisme ou encore un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) complexe, à un moment donné et dans un état donné par rapport à un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) de référence.

Les puces à ADN sont aussi appelées puces à gènes, biopuces, ou par les termes anglais « DNA chip, DNA-microarray, biochip ». Les termes français microréseau d'ADN et micromatrice d'ADN sont recommandés par l'Office québécois de la langue française.

Le principe de la puce à ADN (Une puce à ADN est un ensemble de molécules d'ADN fixées en rangées...) repose sur la propriété que possède l'ADN dénaturé de reformer spontanément sa double hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme...) lorsqu'il est porté face à un brin complémentaire (réaction d'hybridation). Les quatre bases azotées de l'ADN (A, G, C, T) ont en effet la particularité de s'unir deux à deux par des liaisons hydrogènes (A = T et T = A ; G ≡ C et C ≡ G). Si un patient (Dans le domaine de la médecine, le terme patient désigne couramment une personne recevant...) est porteur d'une maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal...), les brins extraits de l'ARN d'un patient (et rétrotranscrits en ADN), vont s'hybrider avec les brins d'ADN synthétiques représentatifs de la maladie.

Principe

Concrètement, les ARN totaux sont extraits de cellules, dont on veut comparer l'expression des gènes avec un étalon, et subissent une amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les...) qui va permettre d'obtenir une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de matériel génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est...) suffisante pour l'expérience. Ensuite ces ARNm sont transformés en ADN complémentaires (ADNc) par la technique de rétrotranscription et marqués par un colorant (Un colorant est une substance utilisée pour apporter une couleur à un objet à...) (soit la Cyanine 3 (fluorochrome vert) soit la Cyanine 5 (fluorochrome rouge)). On met ensuite les ADNc obtenus dans une puce contenant des fragments d'ADN, en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) que l'ADNc étalon. Chaque point (Graphie) (ou spot) de la puce va être analysé individuellement par un scanner (Un scanneur, ou numériseur à balayage est l'équivalent du terme anglais scanner, qui vient du...) à très haute résolution, et ce à la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) d'excitation de la Cyanine 3 puis de la Cyanine 5. L'image scannée va être traduite en niveaux de gris. On va ensuite comparer l'intensité du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) entre le vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...) et le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...). En fonction de l'intensité du signal il y aura plus ou moins de pixels pour chaque point de la puce. A chaque point (ou spot) est attribué une valeur d'intensité normalisée par rapport à l'ADN "étalon" : on parle de spike. Chacune des valeurs peut être analysée par des techniques de bio-informatique (La bio-informatique est un champ de recherche multi-disciplinaire où travaillent de concert...), ce qui permet d'estimer avec plus ou moins de précision l'intensité d'expression d'un gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la...). Selon les techniques de biologie moléculaire (La biologie moléculaire (parfois abrégée bio mol ou BM) est une discipline...), un marquage à la biotine des ADNc est possible mais dans ce cas pour comparer deux populations ou deux tissus, il faudra hybrider pour chaque condition une puce (et non pas les deux marquages sur la même puce en compétition.)

Par exemple on peut marquer l'ADN complémentaire du malade en vert et du traité en rouge, ou bien, du témoin en rouge et du traité en vert. Ce marquage se fait habituellement grâce à une enzyme : la polymérase (Les polymérases (nom tiré de polymère) (EC 2.7.7.6/7/19/48/49) sont des enzymes qui...) T7 qui amplifie l'ARNm et incorpore les cyanines pour un marquage optimal. Une fois marqués ces ADN complémentaires sont déposés sur la lame de verre qui, elle-même, possède fixée à sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...), des fragments de génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une...) humain recouvrant tous les gènes présents dans une cellule.

Les molécules d'ADN fixées sur la lame sont appelées des sondes même si la nomenclature peut varier. Des dizaines de milliers de sondes peuvent être fixées sur une même puce. Cela permet de tester différentes cultures cellulaires sur une même lame voire de faire des réplicats (ce qui est vivement recommandé pour l'analyse biostatistique en aval). Cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) provient d'une adaptation du Northern Blot où de l'ADN fragmenté est fixé à un support puis hybridé avec un ARNc. La mesure de l'expression de gènes par puce à ADN s'applique à de nombreux domaines de la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) et de la médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) comme l'étude de traitements, de maladies ou bien encore de stades développementaux.

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