Transcriptómica y análisis de la expresión génica
La transcriptómica es el estudio del transcriptoma —el conjunto completo de transcritos de ARN producidos por un genoma bajo condiciones particulares— y el análisis de la expresión génica es la familia de métodos utilizados para medir qué genes se transcriben, cuánto y en qué células. Dado que el genoma está en gran medida fijo mientras que la expresión varía entre tejidos, etapas de desarrollo y estados de enfermedad, el transcriptoma es una lectura dinámica de cómo el genotipo se traduce en función celular.
Definition
La transcriptómica y el análisis de la expresión génica comprenden las tecnologías y los métodos analíticos para catalogar y cuantificar los transcritos de ARN en células, tejidos u organismos, con el fin de caracterizar la actividad génica y su regulación.
Scope
Esta área orienta al lector sobre cómo se mide e interpreta la abundancia de ARN. Abarca las principales plataformas de medición (microarrays y secuenciación de ARN de alto rendimiento), el mapeo de variantes genéticas a la expresión (loci de rasgos cuantitativos de expresión), la resolución a nivel de células individuales y la posición tisular (transcriptómica unicelular y espacial), y las capas reguladoras del empalme alternativo y el ARN no codificante. Trata estos temas como metodológicos y conceptuales dentro de la genómica, no como una guía clínica.
Sub-topics
Core questions
- ¿Qué genes se expresan en una célula o tejido dado, y a qué nivel?
- ¿Cómo difiere la expresión entre condiciones, como estados sanos versus enfermos?
- ¿Cómo las variantes genéticas y los elementos reguladores dan forma a la abundancia y estructura de los transcritos?
- ¿Cómo se organiza la expresión a la resolución de células individuales y la posición espacial dentro del tejido?
Key concepts
- Transcriptoma
- Expresión génica diferencial
- Medición basada en hibridación (microarrays)
- Medición basada en secuenciación (RNA-seq)
- Conteo y normalización de lecturas
- Loci de rasgos cuantitativos de expresión (eQTL)
- Resolución unicelular y espacial
- Empalme alternativo y ARN no codificante
Mechanisms
La expresión génica se mide hibridando transcritos marcados con sondas complementarias en un array, lo que produce una señal de fluorescencia relativa por sonda, o mediante la retrotranscripción y secuenciación de fragmentos de ARN y el recuento de las lecturas que se mapean a cada gen o transcrito. Los microarrays comparan la expresión con un conjunto de sondas fijo, mientras que la secuenciación de ARN muestrea los transcritos directamente, lo que permite el descubrimiento de nuevos transcritos, isoformas y uniones de empalme, y un rango dinámico más amplio. El análisis posterior normaliza las diferencias en la profundidad y composición de la secuenciación, luego prueba la abundancia diferencial entre condiciones; los mismos datos a nivel de lectura se pueden dividir por variante genética (mapeo de eQTL), por célula individual (secuenciación de ARN unicelular) o por coordenada espacial (transcriptómica espacial).
Clinical relevance
El perfil de expresión subyace a las taxonomías moleculares de enfermedades —por ejemplo, subtipos transcripcionales de tumores— y es la base de varios ensayos de expresión génica de investigación y diagnóstico. Como área de referencia, explica cómo se genera e interpreta la evidencia a nivel de ARN; describe métodos de investigación y no es una base para decisiones individuales de diagnóstico o tratamiento.
Evidence & guidelines
La literatura metodológica se basa en artículos fundamentales sobre plataformas (el microarray de ADNc de Schena y colaboradores de 1995; las revisiones de RNA-seq de Wang y colaboradores) y en grandes recursos de referencia como la enciclopedia ENCODE de elementos funcionales del ADN y el atlas GTEx de efectos reguladores a nivel de tejido, que en conjunto definen los estándares actuales para medir e interpretar la expresión génica humana.
History
La medición de la expresión pasó de métodos de bajo rendimiento, como el Northern blotting, a la elaboración de perfiles a escala genómica a mediados de la década de 1990, cuando los microarrays de ADN complementario y de oligonucleótidos permitieron monitorear miles de genes a la vez. A finales de la década de 2000, la secuenciación de alto rendimiento redefinió el campo como RNA-seq, que cuenta los transcritos directamente y resuelve la estructura de las isoformas. Los avances posteriores llevaron la resolución a células individuales y a la posición espacial dentro de los tejidos, mientras que proyectos de consorcio como ENCODE y GTEx construyeron mapas de referencia de la expresión y su control genético.
Key figures
- Patrick O. Brown
- Mark Gerstein
- Michael Snyder
- Barbara Wold
Related topics
Seminal works
- schena-1995
- wang-2009
- encode-2012
- gtex-2020
Frequently asked questions
- ¿Cuál es la diferencia entre el genoma y el transcriptoma?
- El genoma es la secuencia de ADN (en gran medida fija) de un organismo, mientras que el transcriptoma es el conjunto de transcritos de ARN que se están produciendo en un momento y lugar determinados. Por lo tanto, el transcriptoma varía según el tipo de célula, la condición y el estado, lo que lo convierte en una lectura dinámica de la actividad génica.
- ¿Por qué la secuenciación de ARN ha reemplazado en gran medida a los microarrays para muchos estudios?
- La secuenciación de ARN mide los transcritos directamente en lugar de mediante hibridación con sondas fijas, por lo que puede detectar transcritos e isoformas novedosas, ofrece un rango dinámico más amplio y no depende del conocimiento previo de qué secuencias sondear. Los microarrays siguen siendo útiles cuando un conjunto de sondas definido y un costo menor son suficientes.