Công cụ di truyền và hệ gen học: Lập hồ sơ biểu hiện gen

TÓM TẮT

Định nghĩa – Phân tích biểu hiện gen toàn hệ gen là kỹ thuật sử dụng dữ liệu tạo ra từ vi mảng (microarrays) hoặc giải trình tự hệ phiên mã (transcriptome sequencing). Các công nghệ này đo lường toàn bộ phổ RNA trong tế bào, bao gồm mRNA mã hóa và các RNA không mã hóa. (Xem ‘Định nghĩa’ ở dưới.)

Phương pháp – Nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để đánh giá biểu hiện gen (bảng 1). Tất cả các phương pháp này đều dựa trên mức độ phong phú của RNA thông tin (mRNA), nhưng khác nhau về:

• Yêu cầu về lượng mẫu ban đầu;
• Độ nhạy trong phát hiện RNA mục tiêu;
• Yêu cầu kỹ thuật để vận hành thí nghiệm;
• Yêu cầu tính toán để lưu trữ, phân tích và diễn giải dữ liệu.

Đối với số lượng gen nhỏ (từ hàng trăm đến hàng nghìn), có thể phân tích bằng phản ứng chuỗi polymerase sao chép ngược (RT-PCR), lai tại chỗ RNA (RNA in situ hybridization) và vi mảng tùy chỉnh. Phân tích biểu hiện gen toàn hệ gen có thể được thực hiện thông qua vi mảng hoặc giải trình tự mRNA, áp dụng trên hỗn hợp các tế bào từ mô hoặc trên từng tế bào đơn lẻ. Trong nghiên cứu, có thể kết hợp thêm kỹ thuật lai tại chỗ và phân tích hệ phiên mã không gian (spatial transcriptomics) trong mô. (Xem ‘Phương pháp’ ở dưới.)

Phân tích và diễn giải – Việc phân tích và diễn giải khối lượng dữ liệu khổng lồ tạo ra đối mặt với nhiều thách thức và sai sót, bao gồm các vấn đề liên quan đến xử lý, lưu trữ, phân tích và biện giải dữ liệu. Tất cả các nghiên cứu biểu hiện gen toàn hệ gen cần phải xử lý thống kê vấn đề đa so sánh (multiple-comparison problem) vốn là đặc trưng của các công nghệ này. (Xem ‘Phân tích và diễn giải dữ liệu’ ở dưới.)

Ứng dụng lâm sàng – Phân tích biểu hiện gen đang nổi lên như một phương pháp tiềm năng trong chẩn đoán và tiên lượng các bệnh lý phức tạp ở người. Kỹ thuật này được sử dụng trong các xét nghiệm hỗ trợ chẩn đoán hoặc tiên lượng cho một số bệnh lý bao gồm ung thư vú, thải ghép tim, ung thư phổi, bệnh phổi kẽ và ung thư tuyến giáp. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều rào cản đáng kể để triển khai rộng rãi trong lâm sàng, bao gồm việc thẩm định các dấu ấn sinh học thông qua các nghiên cứu đa trung tâm tiền cứu nhằm chứng minh khả năng tái lập, độ chính xác và hiệu quả chi phí giữa các cơ sở và người vận hành khác nhau. (Xem ‘Ứng dụng lâm sàng’ và ‘Rào cản’ ở dưới.)

Nghiên cứu – Các phương pháp phân tích biểu hiện gen giúp xác định những gen chưa biết trước đó và khám phá các con đường sinh học chưa được ghi nhận. Các ví dụ điển hình bao gồm nghiên cứu về ung thư bàng quang, hen phế quản và microRNA (miRNA). Kỹ thuật này cũng có thể được dùng để kiểm chứng các giả thuyết, chẳng hạn như vai trò của các gen liên quan đến interleukin (IL)-17 trong đáp ứng với điều trị bằng glucocorticoid. (Xem ‘Ứng dụng nghiên cứu’ ở dưới.)