DNA Mikroarray 'DNA çip', 'gen çip', 'genom çip', veya gen-dizi olarak da bilinen, genellikle her biri bir geni temsil eden, ayrı ayrı küçük katı yüzeye kovalent bağlarla sabitlenmiş binlerce DNA parçacıkları toplusudur. Her DNA spotlarda 10-12 mol spesifik DNA sekansları bulunur ki “probe” yada oligo olarak bilinirler. Bilinen her gen veya probe çip üzerinde belirli bir noktada oturup ve değişen seviyelerde floresan aktivitesi, dahil edilen genetik materyalde değişen seviyelerde gen aktivitesi gösterir. Prob sekanslara bağlanan floresan etiketli hedef diziler bir sinyal üretir.

1. DNA MICROARRAY
Bardia Farivar
Department of Medical Biology
Istanbul University
Cerrahpaşa Medical Faculty

2. What is a microarray?
 Microarray genel bir terim dir. Birçok tür var:
– DNA microarrays
– Protein microarrays
– Transfection microarrays
– Antibody microarrays
– Tissue microarrays
– Chemical compound microarrays
– …
We’ll be discussing DNA microarrays

3. Introduction
■ DNA Mikroarray 'DNA çip', 'gen çip', 'genom çip',
veya gen-dizi olarak da bilinen, genellikle her biri bir
geni temsil eden, ayrı ayrı küçük katı yüzeye kovalent
bağlarla sabitlenmiş binlerce DNA parçacıkları
toplusudur..
■ Her DNA spotlarda 10-12 mol spesifik DNA sekansları
bulunur ki “probe” yada oligo olarak bilinirler.
■ Bilinen her gen veya probe çip üzerinde belirli bir
noktada oturup ve değişen seviyelerde floresan
aktivitesi, dahil edilen genetik materyalde değişen
seviyelerde gen aktivitesi gösterir.
■ Prob sekanslara bağlanan floresan etiketli hedef diziler
bir sinyal üretir.

4. Historical background
■ Southern blotting 1975 yılında geliştirilmiştir..
■ DNA microarray’in konsepti 1980'lerin ortalarında başladı.
■ Pin based robotic system was developed by Lehrach’s
group in 1990.
■ Steve Fodor çıktıyı okumak için tarayıcı geliştirdi.
■ “Quantitative Monitoring of Gene Expression Patterns
with a complementary DNA microarray” reported by
Patrick Brown, Mark Schena and colleagues in Science
(1995).
■ Mark Schena “Mikroarray Teknolojisinin Babası” olarak
ilan edildi.
Sir Edwin Southern
Sir Steve Fodor
Patrick Brown
Mark Schena

5. Principle
■ Mikroarray ardındaki temel prensip hybridization dur.
■ Numuneler floresan boyalar kullanılarak etiketlenir.
■ Çipin içine en az iki numune hibridize edilir.
■ Complementary nucleic acid sekansları hidrojen bağları ile eşlenir.
■ Spesifik olmayan bağlama dizilerinin yıkanması.

6. ■ Bir prob sekansına bağlanan floresan etiketli hedef sekanslar bir sinyal üretir.
■ Sinyal şunlara bağlıdır:
– hybridization koşulları,
ex: temperature
– hibridizasyon sonrası yıkama
■ Sinyalin toplam gücü, Numune miktarına bağlıdır.

7. Scanning The Arrays
 Laser scanners
– Excellent spatial resolution
– Good sensitivity, but can bleach fluorochromes
– Still rather slow
 CCD scanners
– Low resolution
– Sensitivity, easily adjustable (exposure time)
– Faster and cheaper than lasers
■ In all cases, raw data are images showing fluorescence on surface of chip.

8. Types of Microarray
 Spotted DNA arrays (“cDNA arrays”)
– Developed by Pat Brown (Stanford)
– PCR products (or long oligos) from known genes.
 Gene Chips
– Oligonucleotide arrays (Affymetrix)

9. Spotted DNA arrays
■ In spotted microarrays, the probes are oligonucleotides, cDNA
or small fragments of PCR products that correspond to
mRNAs. The probes are synthesized prior to deposition on the
array surface and are then “spotted” onto glass.
■ A common approach utilizes an array of fine pins or needles
controlled by a robotic arm that is dipped din to wells
containing DNA probes and then depositing each probe at
designated locations on the array surface.

10. Building a cDNA chip
Arrayed Library
(96 or 384-well plates of
bacterial glycerol stocks)
PCR amplification of
target DNA
(cDNA or portion of
genomic DNA)
Consolidate
into plates
Spot as microarray
on glass slides

12. Oligonucleotide arrays
 Oligonükleotid problar sıklıkla "spotted" microarray lerde kullanılmasına rağmen,
"oligonükleotid array" terimi çoğunlukla spesifik bir üretim tekniğine işaret eder.
 Oligonucleotide arrays are produced by printing short oligonucleotide sequences
designed to represent a single gene by synthesizing this sequence directly onto the array
surface instead of depositing intact sequences.

15. Spotted Vs. Oligonucleotide Array
Spotted Arrays Oligonucleotide Gene Chips
 Relative cheap to make (~$10 slide)
 Flexible - spot anything you want
 Cheap so can repeat experiments many
times
 Highly variable spot deposition
 Usually have to make your own
 Expensive ($500 or more)
 Limited types avail, no chance of
specialized chips
 Fewer repeated experiments usually
 More uniform DNA features
 Can buy off the shelf

16. The two samples to be compared (pairwise
comparison) are grown/acquired.
RNA
DNA
DNA/RNA bound to a protein
The purified RNA is analyzed for quality (by capillary electrophoresis) and quantity
(by using a nanodrop spectrometer)

17. Optional PCR Amplification
The label is added either in the RT step or
in an additional step after amplification if
present
The labeled samples are then mixed with a propriety hybridization solution. SDS,
SSC, dextran sulfate, a blocking agent, Denhardt's solution and formamine.

18. This mix is denatured and added to a pin
hole in a microarray.
The holes are sealed and the microarray
hybridized.
The microarray is dried and scanned in a
special machine where a laser excites the
dye and a detector measures its emission.
After that the raw that is normalized for
study.

19. Applications
Gene expression analysis
 Gen ifadesini cDNA ile ölçme işlemine ekspresyon analizi denir.
 İnsan genomundaki tüm genler her zaman aktif değildir.
 Binlerce gen aynı anda değerlendirilir.
 Gen ifadesinde belirli tedavilerin, hastalıkların ve gelişim aşamalarının etkilerini
incelemek.

20. • E.g.: patojenlere veya diğer organizmalara bağlı
genlerin ekspresyon değişikliklerini, enfekte olmamış
hücreler veya dokularla karşılaştırarak tanımlar.
 Hastalık teşhisi: Farklı hastalıklar hakkında araştırma
yapmaya yardımcı olur.
• E.g.: Earlier cancers classified on the basis of the
organs in which the tumors develop. (Tümörlerin
geliştiği organlara dayanarak sınıflandırılmış
kanserler.)
 Şimdi, tümör hücrelerindeki gen aktivitesi modellerine
dayanarak kanser tiplerini sınıflandırır.

21. Drug Discovery
İlaç Keşifte birçok kullanım alanları var:
■ Hasta hücreler tarafından üretilen spesifik proteinlerin tanımlanmasına yardımcı olunr.
■ Bu proteinlerle mücadele eden ve etkilerini azaltan ilaçların sentezlenmesi için kullanılan bilgiler.
■ Çok etkili ilaçların üretilmesine yardımcı olur..

22. Toxicology Research
Toksikoloji Araştırmalarda:
■ Toksinlerin hücreler üzerindeki etkisinin araştırılması için iyi bir platform.
■ Toksikogenomik çalışmalar için önemli.

23. Sources
■ Taub, Floyd (1983). "Laboratory methods: Sequential comparative hybridizations
analyzed by computerized image processing can identify and quantitate regulated
RNAs“
■ Adomas A; Heller G; Olson A; Osborne J; Karlsson M; Nahalkova J; Van Zyl L;
Sederoff R; Stenlid J; Finlay R; Asiegbu FO (2008). "Comparative analysis of transcript
abundance in Pinus sylvestris after challenge with a saprotrophic, pathogenic or
mutualistic fungus".
■ https://en.wikipedia.org/wiki/DNA_microarray
■ http://www.bio.davidson.edu/courses/genomics/chip/chip.html