Complementary DNA

ไฟล์:Cdnaarray.jpg|thumb|right|250px| การแสดงผลของ cDNA microarray
ในพันธุศาสตร์ complementary DNA หรือ cDNA คือ ดีเอ็นเอที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นโดยใช้เอ็มอาร์เอ็นเอ (mRNA) เป็นต้นแบบโดยอาศัยเอนไซม์ reverse transcriptase และ DNA polymerase
cDNA มักใช้สำหรับ clone ยีนของยูคาริโอตเข้าไปในโปรคาริโอต เมื่อนักวิทยาศาสตร์ต้องการให้มีการแสดงออกของโปรตีนที่ปกติจะไม่มีการแสดงในเซลล์นั้น พวกเขาสามารถนำ cDNA เข้าไปยังเซลล์ตัวรับ (recipient cell) ซึ่งจะทำให้เซลล์สามารถให้ (code) โปรตีนชนิดนั้นได้ นอกจากนี้ cDNA ยังสามารถสร้างขึ้นโดย retrovirus เช่น HIV-1, HIV-2, Simian Immunodeficiency Virus ซึ่งสามารถเข้าไปแทรกตัว (integrate) เข้าไปยัง host เพื่อสร้าง provirus อีกด้วย

**ข้อมูลเบื้องต้น**
สำหรับรายละเอียดของ Central dogma of molecular biology อย่างคร่าว ๆ ในการสังเคราะห์โปรตีน คือ ดีเอ็นเอจะถูกทรานสคริปชันเป็นอาร์เอ็นเอซึ่งจะถูกทรานสเลชันต่อไปเป็นโปรตีน สิ่งหนึ่งที่เป็นความแตกต่างกันระหว่างยูคาริโอตและโปรคาริโอต นั่นคือ ยีนของยูคาริโอตมี intron (intervening sequences) ซึ่งไม่ใช่ลำดับเบสที่จะถูกเปลี่ยนไปเป็นโปรตีนและจะถูกกำจัดออกไปก่อนที่จะเป็น mRNA แต่ยีนของโปรคาริโอตนั้นไม่มี intron ดังนั้น โปรคาริโอตจึงไม่มีกระบวนการ RNA splicing ในการกำจัด intron
บ่อยครั้งที่มีความต้องการให้มีการแสดงออกของยีนยูคาริโอตในเซลล์โปรคาริโอต ซึ่งวิธีอย่างง่ายนั้น คือ การนำดีเอ็นเอของยูคาริโอตเข้าไปในเซลล์ของโปรคาริโอตซึ่งดีเอ็นจะถูกทรานสคริปชันไปเป็นอาร์เอ็นเอซึ่งจะถูกทรานเลชันไปเป็นโปรตีนอีกที อย่างไรก็ตาม ดีเอ็นเอของยูคาริโอตนั้นมี intron แต่โปรคาริโอตไม่มีกลไกที่จะกำจัด intron เหล่านั้นได้ ดังนั้น intron เหล่านี้จึงต้องถูกกำจัดออกไปก่อนที่จะนำดีเอ็นเอของยูคาริโอตเข้าไปในโปรคาริโอตเซลล์ ซึ่งดีเอ็นเอชนิดนี้จะถูกสังเคราะห์ขึ้นจากอาร์เอ็นเอ เรียกว่า complementary DNA (cDNA) นั่นเอง

**การสังเคราะห์**
การสังเคราะห์ cDNA มีหลายวิธี แต่การสังเคราะห์ cDNA นั้น มักจะสังเคราะห์ขึ้นจาก mature mRNA (RNA ที่ intron ถูกตัดออกไปแล้ว) โดยใช้เอนไซม์ reverse transcriptase ซึ่งจะทำงานบนอาร์เอ็นเอสายเดี่ยว (single strand of mRNA) ในการสร้างสายดีเอ็นเอที่จำเพาะกับอาร์เอ็นเอนั้น (complementary DNA) โดยจะอาศัยการจับกันของเบสของอาร์เอ็นเอ (A, U, G และ C) กับเบสของดีเอ็นเอที่จับกันนั้น (T, A, C และ G ตามลำดับ) โดยมีหลักการคร่าว ๆ ดังนี้
# ยูคาริโอตเซลล์จะถอดรหัสของยีนจากดีเอ็นเอไปเป็นอาร์เอ็นเอ (pre-mRNA)
# pre-mRNA นั้นจะถูกกำจัด intron, เพิ่ม poly-A tail และ 5’ Methyl-Guanine cap หลังจากสิ้นสุดกระบวนการนี้จะเรียกว่า mature mRNA
# mature mRNA จะถูกสกัดออกมาจากเซลล์
# poly-T oligonucleotide primer จะจับกับ poly-A tail ของ mature mRNA ซึ่งใช้เป็นต้นแบบในการสังเคราะห์ cDNA หรือ อาจจะใช้ random hexamer primer ซึ่งสามารถจับกับ RNA ได้เช่นกัน
# เติม Reverse transcriptase ร่วมกับ deoxynucleoside triphosphate (A, T, G, C) ขั้นตอนนี้จะสังเคราะห์ดีเอ็นเอหนึ่งสายโดยใช้ mRNA เป็นต้นแบบ (DNA-RNA hybrid strand)
# ในการสร้างสายดีเอ็นเออีกสายเพื่อสร้าง double strand DNA (dsDNA) ต้องทำการย่อยสาย RNA ที่จับกับดีเอ็น (DNA-RNA hybrid) ในขั้นตอนก่อนหน้าโดยใช้เอนไซม์ เช่น RNase A
# หลังจากย่อยสายอาร์อ็นเอแล้ว ดีเอ็นเอจะกลายเป็นสายเดี่ยว (single stranded cDNA:ss cDNA) ดีเอ็นเอจะเปลี่ยนรูปร่างเป็น loop เนื่องจากภาวะ hydrophobic
# จากการที่ ss cDNA มีลักษณะเป็น loop นั้นจึงสามารถใช้เป็นต้นแบบในการสร้างสายดีเอ็นเออีกเส้นโดยใช้ reverse transcriptase
# เมื่อถึงขั้นตอนนี้จะได้ double stranded cDNA ซึ่งจะมีลำดับเบสที่เหมือนกับ mRNA ที่ต้องการ

**อ้างอิง**
หมวดหมู่:ดีเอ็นเอ