11基因芯片2009教学讲义.ppt

1 基因芯片原理及其在细胞生物学中的应用 周士新北京大学医学部细胞系 2 主要内容 1。基因芯片的概念和原理 2。基因芯片的类型 3。基因表达的数据分析 4。细胞学应用实例介绍 3 1,基因芯片的概念和原理 基因芯片（gene chip），又称DNA微阵列（DNA microarray）， 是由大量DNA或寡核苷酸探针密集排列所形成的探针阵列，其工作的基本原理是通过杂交检测信息,实质是核酸碱基的互补匹配。 把大量已知序列探针集成在同一个基片上，经过标记的若干靶核酸序列通过与芯片特定位置上的探针杂交。 利用基因芯片杂交检测图像，可以对生物细胞或组织中大量的基因信息进行分析。 基因芯片能够在同一时间内分析大量的基因，实现生物基因信息的大规模检测。 4 Labeled Target Hybridized Array Detection Reagents DNA Microarray 基因芯片的原理 5 基因芯片的相关知识    6 应用原则 测基因表达水平的微阵列应用最为广泛是比较试验 为了提高实验的可靠性，对于同一样本，往往有两次或更多次的重复实验;由于 DNA 微阵列的费用较贵，不可能重复足够多的次数来满足实验数据分析的要求 良好的模型(除比较因素外,其他尽量相同)，时间点的选择 适当的统计方法来分析数据 7 2, 基因芯片的类型 制备方法： 1. cDNA arrays (Microspotting) cDNA芯片 2. Oligonucleotide arrays (Photolithographic synthesis, Ink- jet technology, etc.) 寡核苷酸芯片 探针位置: 基因表达芯片 (gene expression microarray) 启动子芯片(promoter microarray) CHIP (染色质免疫共沉淀) on chip 外显子（exons microarray） 基因组芯片（Tiling microarray） 8 基因芯片的类型 用途： 转录因子、药物作用、免疫分子、细胞周期等 肿瘤相关：Oncogene芯片、抑癌基因芯片 microRNA芯片 DNA甲基化芯片 10 分子生物学的认识, 2004 Protein hnRNA DNA t r a n s c r i p t i o n Molecules with effector function tRNA rRNA reverse transcription mRNA s p l i c i n g ribozymes miRNA dicing pre-miRNA Other noncoding RNAs 11 基因组序列 基因表达谱 蛋白质谱 mRNA编辑 表观遗传机制 转录过程 染色质的结构 转录因子表达谱 转录因子结合序列的差异 DNA结合RNA 可变剪切 Micro RNAs 12 表观遗传学（epigenetics） 是指在基因组中除了DNA和RNA序列以外，还有许多调控基因的信息，它们虽然本身不改变基因的序列，但是可以通过基因修饰，而影响和调节遗传的基因的功能和特性。 表观遗传的的信息也被称为第二遗传密码，它是建立在我们熟知的经典遗传密码（3联密码）之外的遗传信息，高等生物的发育调控是通过对其二倍体基因组的选择性表达来实现的。 主要有:DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑、RNA剪辑 13 Oligo(寡核苷核)芯片 Oligo(寡核苷核)芯片 介绍 公司(美国Affymetrix)推动 主要特点是超高密度 核苷酸长度较短(=60nt) 14 Affymetrix 光脱保护合成法 Lamp Mask Chip 15 Affymetrix 光脱保护合成法 16 Affymetrix 光脱保护合成法 Each probe 25 bp long 11-20 probes per gene Perfect Match (PM) as well as MisMatch (MM) probes 17 Affymetrix 基因表达芯片的探针设计 5’ 3’ mRNA sequence PerfectMatch Mismatch 18 Affymetrix 基因芯片流程 Specimens Bioinformatics Labeled Targets 0 0 0 0 19 单色标记 20 PM MM Probe Pair Probe Cell: - 24mm x 24mm - 3mm/Pixel