Table 1. Complete Genomes Eukaryote Archaea Prokaryote Arabidopsis thaliana, Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, Homo sapiens, Saccharomy

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정섭 국
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1 KISEP Special Articles 생물정신의학 Vol. 8, No. 2, December 2001 Gene Microarray 의기본개념 황 승 용 * Basic Concept of Gene Microarray Seung Yong Hwang, Ph.D. * ABSTRACT T - - KEY WORDS 서 Department of Biochemistry and Molecular Biology, Hanyang University/ GenoCheck Co. Ltd., Ansan, Korea 교신저자 론

2 Table 1. Complete Genomes Eukaryote Archaea Prokaryote Arabidopsis thaliana, Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, Homo sapiens, Saccharomyces cerevisiae Aeropyrum pernix K1, Archaeolobus fulgidus, Halobacterium species NRC-1, Methanobacterium thermoautotrophicum delta H, Methanococcus jannaschii, Pyrococcus abyssi, Pyrococcus horikoshii OT3, Sulfolobus solfataricus, Thermoplasma acidophilum, Thermoplasma volcanium Aquifex aeolicus, Bacillus halodurans, Bacillus subtilis, Borrelia burgdorferi, Buchnera sp. APS, Campylobacter jejuni, Caulobactor crescentus, Chlamydia muridarum, Chlamydia trachomatis serovar DD/UW-3/Cx& MoPn, Chlamydophila pneumoniae AR39, Chlamydia pneumoniae CWL029 & J138, Clostridium acetobutylicum, Deinococcus radiodurans R1, Escherichia coli K-12 & O157H7 & O157H7 EDL933, Haemophilus influenzae Rd, Helicobactor pylori & J99, Lactococcus lactis subsp. Lactis, Mesorhizobium loti, Mycobacterium leprae, Mycobacterium tuberculosis CDC 1551 & H37Rv, Mycoplasma genitalium, Mycoplasma pneumoniae, Mycoplasma pulmonis, Neisseria meningtidis MC58 & Z2491, Pasteurella multocida, Pseudomonas aeruginosa, Rickettsia prowazekii, Staphylococcus aureus subsp. Aureus Mu50 & N315, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes M1 GAS, Synechocystis sp. PCC6803, Thermotoga maritima, Treponema pallidum, Ureaplasma urealyticum, Vibrio cholerae, Xylella fastidiosa DNA chip 이란? Table 2. DNA chip fabrication techniques chip Pin microarray Inkjet Pin micro dotting Inkjet micro dropping DNA chip 의종류와활용도 1. DNA chip 제작방법에의한분류 1) Pin microarray chip Beecher Instruments Biorobotics Cartesian Technologies GenoCheck Genomic cdna & Solutions oligonucleotide Genetic Microsystems Hyseq Incyte Genomics Molecular dynamics Takara Cartesian Technologies cdna & Incyte genomics oligonucleotide Packard Instruments Rosetta Photolithography Photolithography oligonucleotide oligonucleotide Affymetrix Electronic array oligonucleotide addressing MotoloraCMS oligonucleotide Nanogen

이와 같은 방법은 인간의 새로운 암 유발 유전자를 찾을 때나 Hybridization 진단에도 널리 사용할 수 있다. 미국에서 진행되고 있는 CGAP (cancer genome anatomy project)에서도 이 cdna microar- Pin microarraying ray chip 기술을 사용하여 암 관련 유전자들의 발현 정보를 모 으고 있다.

3 자체 결과). 이 녹색을 띠는 점들은 이 유전자들이 약을 첨가하 Test mrna Reference mrna cdna clones 기 전 발현되는 유전자들을 보여주고 빨간색을 띠는 점들은 약 을 넣은 후 발현되는 유전자를 나타낸다. 그리고 노란색 점들은 Reverse Transcriptio PCR amplification Purification The color on the monitor 녹색과 빨간색의 보색에 의하여 나타난 것으로 이 유전자들은 Label with Cy3 or Cy5 두 환경에서 서로 비슷한 양이 발현되는 것을 알 수 있다. 이와 같은 방법은 인간의 새로운 암 유발 유전자를 찾을 때나 Hybridization 진단에도 널리 사용할 수 있다. 미국에서 진행되고 있는 CGAP (cancer genome anatomy project)에서도 이 cdna microar- Pin microarraying ray chip 기술을 사용하여 암 관련 유전자들의 발현 정보를 모 으고 있다. 이와 같이 암세포에만 특별히 발현되는 유전자는 Scanning 이 암이 생성되는데 이 유전자가 어떠한 역할을 담당했다는 것 Fig. 1. Schema of cdna microarray chip. 을 의미하며 이들은 그 암의 진단을 할 때도 많은 도움을 줄 것이다. 이와 같은 암 연구 이외에도 각각 다른 장기로부터 얻은 세포들의 유전자 발현 정도를 알아냄으로서 생명의 신비를 좀 더 분명하게 밝힐 수도 있을 것이다. 한마디로 요약해서 인간 의 유전자 발현 청사진을 얻는 것이다. 이 청사진을 이용하면 이 때까지 볼 수 없었던 유전자들간의 복잡한 연결 고리들을 한결 쉽게 풀 수 있을 것이다. 2) Inkjet microarray chip Inkjet 원리를 이용하여 DNA chip을 만드는 방법은 위에서 설명한 microarray chip과 거의 비슷하다. 다만 pin 대신에 computer inkjet printer에서 쓰이는 것과 같은 원리의 cartridge를 사용한다는 것이 다르다. 각각의 cartridge 안에는 유전 자가 들어 있어서 전기적인 힘으로서 유전자를 고형체 위에 뿌 리게 되는 것이다. 지금까지 뿌리는 방법에 따라서 thermal, solenoid 그리고 piezoelectric의 3가지 방법이 있다. 이 기술 들의 장점은 유전자를 전기적으로 chip 표면에 닿지 않고 뿌릴 Fig. 2. cdna microarray chip. 수 있기 때문에 정량의 유전자가 붙어 있는 많은 수의 chip을 렇게 개발된 cdna microarray chip은 두가지 다른 환경에서 발현되는 독특한 유전자들을 분석하는데 엄청난 도움이 된다. 생산 할 수 있다는 것이다. 3) Photholithograph chip 수천개 이상의 유전자 발현변이를 단 한번의 실험으로 검색 할 미국의 silicon valley에 있는 Affymetrix라는 회사는 com- 수 있는 것이다. 실험과정을 살펴보면 그림 1에서 보는 것과 puter 산업계에서 computer chip을 만들기 위해서 쓰는 pho- 같이 먼저 두 개의 다른 환경에서 얻은 세포들로부터 mrna를 tolithography라는 기술을 사용하여 수십만개의 다른 염기(nu- 추출한다. 이들 mrna를 역전사(reverse transcription) 시킬 cleotide)들을 하나의 유리위에 직접 합성하는데 성공하였다 때 각각 다른 색깔의 형광 물질을 띤 염기를 집어넣어 빨간 색 ( 아마도 이 기술은 20세기를 대 (Cy5)이나 녹색(Cy3)을 띤 cdna를 합성한다. 이와같이 합 표하는 computer 산업과 21세기를 대표할 생명공학 산업의 절 성된 두 개의 cdna를 똑 같은 양으로 섞어서 하나의 cdna 묘한 결합이라 할 수 있다. Affymetrix는 이 기술을 사용하여 1. microarray chip에 결합시킨다. 결합이 안된 유전자들을 씻어 28cm2안에 400,000개의 다른 oligonucleotide를 가진 chip 낸 chip은 laser fluorecence scanner에 의하여 읽혀진다. 각 을 만들 수 있게 되었다. 각각의 oligonucleotide들은 15~25개 각 유전자의 형광 정도는 그 유전자의 발현정도를 알려주는 것 의 염기로 이루어져 있다. 으로 이들 정보는 computer에 의하여 분석되어 진다. Oligonucleotide가 합성되는 과정을 살펴보면 chip의 표면은 그림 2에서는 약 8,000개의 다른 유전자를 가진 cdna mi- 각각의 염기들이 합성할 수 있게 보조체가 붙어 있다(그림 3, croarray chip을 가지고 신약 검색을 한 결과이다((주) 지노첵 Lipshutz RJ 등 1999). 하지만 이들 보조체는 평소에 빛에 민

4 b Light deprotection Mask Light deprotection Substrate Mask Substrate C Chemica coupling T Repeat 4) Electronic array DNA chip - 2. DNA chip 활용분야 - Lamp Mask Chip Fig. 3. Affymetrix chip. Fig. 4. Electronic addressing. Table 3. Applications of DNA chip cdna chip Oligonucleotide chip DNA,.. DNA

5 Table 4. Softwares for DNA chip analysis Software ArrayMaker, ScanAlyze, Cluster, Xcluster, TreeView, Stanford Microarray DB, GeneChip Analysis Suite, GeneChip LIMS, GeneChip Data Mining Tool, GeneSight, Genesight, Microarray Project, cdna DB, EPODB, RNA Abundance DB, LifeArray, Expressionist, GeneExpress, ArrayExpress, ExpressDB, Gene Expression Omnibus, Resolver, GeneSpring, Array Explorer, SSBM, GXD, ChipDB, CyberT, EPCLUST, Data Explorer, JMAviewer, ArrayScout, SeqArray, Gene- PixPro, ArrayVision, IPLab MicroArray Suite, GeneX, maxd, AMAD, GenomeXtools, GeneSpring 결 - - 중심단어 : - 참고문헌 론 Duggan DJ, Bittner M, Chen Y, Meltzer P, Trent JM(1999):Expression profiling using cdna microarrays, Nat Genet Supp 21:10-14 Lipshutz RJ, Fodor SPA, Gingeras TR, Lockhart DJ(1999):High density synthetic oligonucleotide arrays, Nat Genet Supp 21:

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Microsoft PowerPoint - bioinfo_09lect12_shpark_microarray.ppt [호환 모드] 생명정보학의이해 (Introduction to Bioinformatics) Chapter 5. DNA Microarray 데이터분석 박성희 (shpark@ssu.ac.kr) ac kr) 목차 DNA Microarray 실험의원리 Microarray 데이터전처리 이미지처리 (image preprocessing) Microarray 데이터정규화 (Normalization)