타일 배열

Tiling array
타일 어레이 애플리케이션 내 게놈 커버리지 방법 비교.

타일 어레이는 마이크로 어레이 칩의 하위 유형입니다.전통적인 마이크로어레이와 같이, 그것들은 라벨이 붙은 DNA나 RNA 표적 분자를 고체 표면에 고정된 탐침에 교배함으로써 기능합니다.

타일 배열은 프로브 특성에서 기존의 마이크로 어레이와 다릅니다.게놈 전체에 분산될 수 있는 알려진 또는 예측된 유전자의 염기서열을 조사하는 대신, 타일 배열은 인접한 영역에 존재하는 것으로 알려진 염기서열을 집중적으로 탐색합니다.이 기능은 시퀀싱되지만 로컬 기능이 거의 알려지지 않은 영역을 특성화하는 데 유용합니다.타일 배열은 트랜스크립트롬 매핑 및 DNA/단백질 상호작용(ChIP-칩, DamID), DNA 메틸화(MeDIP-칩), DNase(DNase Chip) 및 어레이 CGH에 [1]대한 민감도 발견에 도움이 됩니다.이전에 식별되지 않은 유전자와 조절 배열을 검출하는 것 외에 전사 생성물의 개선된 정량화가 가능하다.특정 프로브는 기능이라고 불리는 어레이 유닛 내에 수백만 개의 복사본(기존 어레이의 몇 개에 불과함)으로 존재하며 [2]어레이당 10,000~600,000개 이상의 다양한 기능을 갖추고 있습니다.가변 매핑 분해능은 프로브 간의 시퀀스 오버랩 양 또는 프로브 시퀀스 간의 기존 베이스 쌍의 양 및 프로브 길이를 조정함으로써 얻을 수 있습니다.Arabidopsis와 같은 작은 게놈의 경우 전체 게놈을 [3]검사할 수 있습니다.타일 배열은 게놈 전체의 연관성 연구에서 유용한 도구입니다.

합성 및 제조원

타일 어레이를 합성하는 두 가지 주요 방법은 사진 석판 제작과 기계적 스폿 또는 인쇄입니다.

첫 번째 방법은 약 25bp의 프로브를 칩 표면에 조립하는 현장 합성을 수반합니다.이러한 어레이는 최대 600만 개의 개별 기능을 저장할 수 있으며, 각 기능에는 1개의 프로브의 수백만 개의 복사본이 포함되어 있습니다.

타일 어레이 칩을 합성하는 다른 방법은 기계적으로 프로브를 칩에 인쇄하는 것입니다.이것은 이전에 합성된 프로브를 표면에 배치하는 핀이 있는 자동화된 기계를 사용하여 수행됩니다.핀의 크기 제한으로 인해 이 칩들은 거의 400,000개의 기능을 [4]수용할 수 있습니다.타일링 어레이 제조업체는 Affymetrix, NimbleGen 및 Agilent입니다.프로브의 길이와 간격은 제품에 따라 다릅니다.ArrayExplorer.com은 타일 어레이를 비교하는 무료 웹 서버입니다.

응용 프로그램 및 유형

ChIP 칩 절차 개요

ChIP 칩

주요 기사:ChIP-on-chip

ChIP 칩은 타일 어레이의 가장 일반적인 사용법 중 하나입니다.염색질 면역 침강은 단백질의 결합 부위를 확인할 수 있게 한다.이것의 게놈 전체 변이는 ChIP-on-chip으로 알려져 있다.염색질에 결합하는 단백질은 보통 포름알데히드와의 고정을 통해 생체 내에서 가교된다.그런 다음 염색질은 조각화되고 관심 단백질에 특정한 항체에 노출됩니다.그런 다음 이 복합체들은 침전된다.그 후 DNA는 분리되고 정제된다.전통적인 DNA 마이크로어레이를 사용하면 면역침입된 DNA는 대표적인 게놈 영역을 커버하도록 설계된 탐침이 포함된 칩과 교배된다.매우 가까운 곳에서 겹치는 프로브 또는 프로브를 사용할 수 있습니다.이는 고해상도로 편향되지 않은 분석을 제공합니다.이러한 장점 외에도 타일 배열은 높은 재현성을 나타내며, 게놈의 큰 세그먼트에 걸친 중복 프로브를 통해 타일 배열은 반복을 내포하는 단백질 결합 부위를 조사할 수 있다.ChIP 칩 실험은 효모, 드로소필라, 그리고 몇몇 포유류 [5]종에서 게놈 전체에 걸쳐 전사 인자의 결합 부위를 확인할 수 있었다.

트랜스크립텀 매핑 절차 개요.

트랜스크립텀 맵핑

타일 배열의 또 다른 인기 있는 용도는 발현 유전자를 찾는 것이다.유전체 배열의 주석을 위한 전통적인 유전자 예측 방법들은 유전자의 정확한 구조를 생성하지 못하고 또한 완전히 전사물이 누락되는 등 전사체를 매핑하는 데 사용될 때 문제가 있었다.전사된 유전자를 찾기 위해 cDNA를 배열하는 방법 또한 희귀하거나 매우 짧은 RNA 분자를 감지하지 못하는 등의 문제에 직면하게 되고, 따라서 신호에만 반응하거나 시간 범위에 특정한 유전자를 감지하지 못한다.타일링 어레이로 이러한 문제를 해결할 수 있습니다.높은 분해능과 감도로 인해 작고 희귀한 분자들도 검출할 수 있다.탐침의 중복되는 성질은 또한 비폴리아데닐화 RNA의 검출을 가능하게 하며 유전자 [6]구조의 보다 정확한 그림을 만들어 낼 수 있다.21번 염색체와 22번 염색체에 대한 이전의 연구는 전사 [7][8][9]단위를 식별하기 위한 타일 배열의 힘을 보여주었다.연구진은 염색체 전체에 걸쳐 35bp 간격으로 25m 프로브를 사용했다.라벨 표적은 폴리아데닐화 RNA로 만들어졌다.그들은 예상보다 훨씬 더 많은 녹취록을 발견했고 90%는 주석이 달린 엑손 밖이었다.Arabidopsis에 대한 또 다른 연구는 전체 게놈을 덮는 고밀도 올리고뉴클레오티드 어레이를 사용했다.EST[clarification needed] 및 기타 예측 [3][10]도구에 의해 예측된 것보다 10배 이상 많은 녹취록이 발견되었습니다.또한 유전자가 활발하게 발현되지 않는 것으로 생각되는 중심 색소 영역에서 새로운 문자 전달이 발견되었다.많은 비부호화 및 천연 안티센스 RNA가 타일 [9]배열을 사용하여 확인되었다.

MeDIP 칩 절차 개요.

MeDIP 칩

메틸-DNA 면역 침강 후 타일 배열은 게놈 전체에 걸쳐 DNA 메틸화 매핑과 측정을 가능하게 한다.DNA는 게놈의 많은 부분에서 CG 디뉴클레오티드의 시토신에서 메틸화된다.이 변형은 가장 잘 알려진 유전 후생유전학적 변화 중 하나이며 유전자 발현에 영향을 미치는 것으로 나타났다.이 사이트들을 매핑하는 것은 발현 유전자에 대한 지식과 게놈 전체의 후생유전학적 조절을 추가할 수 있다.타일 배열 연구는 아라비도시스 게놈이 첫 번째 "메틸롬"을 생성하기 위한 고해상도 메틸화 맵을 생성했다.

DNase 칩 순서의 개요.

DNase 칩

DNase 칩은 DNaseI에 의해 보다 쉽게 절단되는 개방 크로마틴 세그먼트인 과민성 부위를 식별하기 위해 타일 어레이를 적용하는 것입니다.DNaseI 클리빙에서는 약 1.2kb 크기의 더 큰 fragment가 생성됩니다.이러한 과민성 사이트는 프로모터 영역, 인핸서 및 소음기 [11]등의 조절 요소를 정확하게 예측하는 것으로 나타났습니다.지금까지 이 방법은 Southern Bloting을 사용하여 소화된 단편들을 찾아냈습니다.타일 배열은 연구자들이 이 기술을 게놈 전체에 적용할 수 있게 해 주었다.

비교유전체하이브리제이션(CGH)

어레이 기반 CGH는 정상 세포와 암 세포와 같은 DNA 유형 간의 차이를 비교하기 위해 진단에서 자주 사용되는 기술입니다.배열 CGH에는 일반적으로 전체 게놈과 미세 타일 두 가지 유형의 타일 배열이 사용됩니다.전체 게놈 접근법은 고해상도로 복사 번호의 변형을 식별하는 데 유용합니다.한편, 미세타일 어레이 CGH에서는, 브레이크 [12]포인트등의 이상을 검출하기 위한 초고해상도(Ultra high resolution (초고해상도)를 실현합니다.

절차.

배열 타일링 프로시저의 워크플로우.

배열 타일링에는 몇 가지 다른 방법이 있습니다.유전자 발현을 분석하기 위한 하나의 프로토콜은 먼저 총 RNA를 분리하는 것을 포함한다.그리고 나서 이것은 rRNA 분자로 정제된다.RNA는 이중 가닥 DNA로 복사되고, 이 DNA는 나중에 증폭되어 체외에서 cRNA로 전사됩니다.제품은 3중 플레이트로 분할되어 dsDNA를 생성합니다.dsDNA는 fragment화되어 라벨이 부착됩니다.마지막으로 샘플은 타일 어레이 칩에 하이브리드된다.칩으로부터의 신호는 컴퓨터에 의해 스캔되고 해석됩니다.

데이터 분석에는 다양한 소프트웨어와 알고리즘을 사용할 수 있으며 칩 제조원에 따라 이점이 다릅니다.Affymetrix 칩의 경우 모델 기반 타일 어레이(MAT) 분석 또는 타일 어레이(HAT)의[13] 초기하학적 분석이 효과적인 피크 탐색 알고리즘이다.NimbleGen 칩의 경우 바인딩 사이트의 위치에 TAMAL이 더 적합합니다.다른 알고리즘으로는 조작이 덜 복잡한 MA2C와 TileScope가 있습니다.접합 바인딩 디콘볼루션 알고리즘은 애질런트 칩에 일반적으로 사용됩니다.결합 부위의 배열 분석이나 게놈의 주석이 필요한 경우 MEME, Gibbs Motif Sampler, Cis-Regulatory Element Annotation System, Galaxy 등의 프로그램을 사용한다.[4]

장점과 단점

타일 배열은 게놈 전체 범위에서 단백질 결합, 유전자 발현 및 유전자 구조를 조사하기 위한 편견 없는 도구를 제공합니다.그들은 트랜스크립텀과 메틸롬을 연구하는데 새로운 차원의 통찰력을 준다.

단점으로는 어레이 키트의 타일링 비용이 있습니다.비록 가격이 지난 몇 년 동안 하락했지만, 그 가격은 포유류와 다른 큰 게놈에 게놈 전체 타일 배열을 사용하는 것을 비현실적으로 만든다.또 다른 문제는 초민감 검출 기능으로 [2]인해 발생하는 "전사 노이즈"이다.게다가 이 어프로치에서는, 어레이에 의해서 특정된 관심 영역에 대해서 명확하게 정의된 개시 또는 정지를 제공하지 않습니다.마지막으로 배열은 보통 염색체와 위치 번호만 제공하며, 종종 별도의 단계로 시퀀싱이 필요합니다([14]일부 최신 배열은 시퀀스 정보를 제공하지만).

레퍼런스

  1. ^ Yazaki, J; Gregory, BD; Ecker, JR (October 2007). "Mapping the genome landscape using tiling array technology". Current Opinion in Plant Biology. 10 (5): 534–42. doi:10.1016/j.pbi.2007.07.006. PMC 2665186. PMID 17703988.
  2. ^ a b Mockler, TC; Chan, S; Sundaresan, A; Chen, H; Jacobsen, SE; Ecker, JR (January 2005). "Applications of DNA tiling arrays for whole-genome analysis". Genomics. 85 (1): 1–15. doi:10.1016/j.ygeno.2004.10.005. PMID 15607417.
  3. ^ a b Yamada, K; Lim, J; Dale, JM; Chen, H; Shinn, P; Palm, CJ; Southwick, AM; Wu, HC; Kim, C; Nguyen, M; Pham, P; Cheuk, R; et al. (Oct 31, 2003). "Empirical analysis of transcriptional activity in the Arabidopsis genome". Science. 302 (5646): 842–6. Bibcode:2003Sci...302..842Y. doi:10.1126/science.1088305. PMID 14593172. S2CID 7076927.
  4. ^ a b Liu, XS (October 2007). "Getting started in tiling microarray analysis". PLOS Computational Biology. 3 (10): 1842–4. Bibcode:2007PLSCB...3..183L. doi:10.1371/journal.pcbi.0030183. PMC 2041964. PMID 17967045.
  5. ^ O'Geen, H; Squazzo, SL; Iyengar, S; Blahnik, K; Rinn, JL; Chang, HY; Green, R; Farnham, PJ (June 2007). "Genome-wide analysis of KAP1 binding suggests autoregulation of KRAB-ZNFs". PLOS Genetics. 3 (6): e89. doi:10.1371/journal.pgen.0030089. PMC 1885280. PMID 17542650.
  6. ^ Bertone, P; Gerstein, M; Snyder, M (2005). "Applications of DNA tiling arrays to experimental genome annotation and regulatory pathway discovery". Chromosome Research. 13 (3): 259–74. doi:10.1007/s10577-005-2165-0. PMID 15868420. S2CID 24058431.
  7. ^ Cawley, S; Bekiranov, S; Ng, HH; Kapranov, P; Sekinger, EA; Kampa, D; Piccolboni, A; Sementchenko, V; Cheng, J; Williams, AJ; Wheeler, R; Wong, B; Drenkow, J; Yamanaka, M; Patel, S; Brubaker, S; Tammana, H; Helt, G; Struhl, K; Gingeras, TR (Feb 20, 2004). "Unbiased mapping of transcription factor binding sites along human chromosomes 21 and 22 points to widespread regulation of noncoding RNAs". Cell. 116 (4): 499–509. doi:10.1016/S0092-8674(04)00127-8. PMID 14980218. S2CID 7793221.
  8. ^ Kapranov, P; Cawley, SE; Drenkow, J; Bekiranov, S; Strausberg, RL; Fodor, SP; Gingeras, TR (May 3, 2002). "Large-scale transcriptional activity in chromosomes 21 and 22". Science. 296 (5569): 916–9. Bibcode:2002Sci...296..916K. doi:10.1126/science.1068597. PMID 11988577. S2CID 18336536.
  9. ^ a b Kampa, D; Cheng, J; Kapranov, P; Yamanaka, M; Brubaker, S; Cawley, S; Drenkow, J; Piccolboni, A; Bekiranov, S; Helt, G; Tammana, H; Gingeras, TR (March 2004). "Novel RNAs identified from an in-depth analysis of the transcriptome of human chromosomes 21 and 22". Genome Research. 14 (3): 331–42. doi:10.1101/gr.2094104. PMC 353210. PMID 14993201.
  10. ^ Stolc, V; Samanta, MP; Tongprasit, W; Sethi, H; Liang, S; Nelson, DC; Hegeman, A; Nelson, C; Rancour, D; Bednarek, S; Ulrich, EL; Zhao, Q; Wrobel, RL; Newman, CS; Fox, BG; Phillips, GN Jr; Markley, JL; Sussman, MR (Mar 22, 2005). "Identification of transcribed sequences in Arabidopsis thaliana by using high-resolution genome tiling arrays". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (12): 4453–8. Bibcode:2005PNAS..102.4453S. doi:10.1073/pnas.0408203102. PMC 555476. PMID 15755812.
  11. ^ Crawford, Gregory E; Davis, Sean; Scacheri, Peter C; Renaud, Gabriel; Halawi, Mohamad J; Erdos, Michael R; Green, Roland; Meltzer, Paul S; Wolfsberg, Tyra G; Collins, Francis S (21 June 2006). "DNase-chip: a high-resolution method to identify DNase I hypersensitive sites using tiled microarrays". Nature Methods. 3 (7): 503–9. doi:10.1038/nmeth888. PMC 2698431. PMID 16791207.
  12. ^ Heidenblad, M; Lindgren, D; Jonson, T; Liedberg, F; Veerla, S; Chebil, G; Gudjonsson, S; Borg, A; Månsson, W; Höglund, M (Jan 31, 2008). "Tiling resolution array CGH and high density expression profiling of urothelial carcinomas delineate genomic amplicons and candidate target genes specific for advanced tumors". BMC Medical Genomics. 1: 3. doi:10.1186/1755-8794-1-3. PMC 2227947. PMID 18237450.
  13. ^ Taskesen, Erdogan; Beekman, Renee; de Ridder, Jeroen; Wouters, Bas J; Peeters, Justine K; Touw, Ivo P; Reinders, Marcel J.T; Delwel, Ruud (2010). "HAT: Hypergeometric Analysis of Tiling-arrays with application to promoter-GeneChip data". BMC Bioinformatics. 11 (1): 275. doi:10.1186/1471-2105-11-275. PMC 2892465. PMID 20492700.
  14. ^ Mockler, Todd C.; Ecker, Joseph R. (January 2005). "Applications of DNA tiling arrays for whole-genome analysis". Genomics. 85 (1): 1–15. doi:10.1016/j.ygeno.2004.10.005. PMID 15607417.