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Charakterisierung zellulärer Identität durch Einzelzell-RNA-Sequenzierung

Eine EU-finanzierte Forschungsgruppe hat ein Verfahren entwickelt, das zellspezifische Arzneimittelwirkungen in isoliertem Bauchspeicheldrüsengewebe genau bestimmen kann. Das könnte zur Entwicklung zielgerichteter Arzneimitteltherapien zur Behandlung von Typ-1-Diabetes beitragen.

Gesundheit

Ein Verständnis der genauen genetischen Einzelzell-Zusammensetzung ist unerlässlich, um die Veränderungen bestimmen zu können, die bei Erkrankungen wie Krebs sowie Immun- und Stoffwechselerkrankungen vorliegen. In den letzten Jahren hat das Interesse an Behandlungen zugenommen, die auf Ribonukleinsäuren (RNA) – ein wichtiges Zwischenelement bei der Expression genetischer Informationen – abzielen, da diese eine zentrale Rolle bei biologischen Vorgängen spielen. Ein Forschungsteam hat mit partieller Unterstützung von den zwei EU-finanzierten Projekten CHROMABOLISM (Chromatin-localized central metabolism regulating gene expression and cell identity) und EpigenomeProgramming (An experimental and bioinformatic toolbox for functional epigenomics and its application to epigenetically making and breaking a cancer cell) ein Verfahren entwickelt, um die Auswirkungen bestimmter Medikamente in isoliertem Bauchspeicheldrüsengewebe genauer zu analysieren, wobei eine verfeinerte Methode zur Einzelzell-RNA-Sequenzierung zum Einsatz kommt. Das Forschungsteam hat seine Studie in der Fachzeitschrift „Genome Biology“ veröffentlicht. In einer Pressemitteilung der gastgebenden Einrichtung der Projekte CHROMABOLISM und EpigenomeProgramming, dem Forschungszentrum für Molekulare Medizin (CeMM) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, heißt es: „Ihre [...] Studie beschreibt das neue Verfahren, welches RNA-Kontamination eliminiert und für die dynamische Arzneimittelantwort in Bauchspeicheldrüsenzellen genaue Ergebnisse ermöglichte.“ Weiter heißt es: „Diese Erkenntnisse werden die Entwicklung zielgerichteter Arzneimitteltherapien zur Behandlung von Typ-1-Diabetes in der Zukunft unterstützen.“ Transkriptomik bezeichnet die Studie der Transkriptome – vollständige Transkriptionen der RNA einzelner Zellen oder einer Zellenpopulation – zur Untersuchung von Genexpressionen. Wie in der Pressemitteilung erklärt wird, kommen in den Bereichen der Bauchspeicheldrüse, die ihre endokrinen (hormonbildenden) Zellen enthalten und als Langerhans'sche Inseln bekannt sind, Beta-, Alpha- und Deltazellen vor. Beta-Zellen sondern Insulin ab, ein Hormon, das eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Blutzuckerspiegels einnimmt. „Beim Typ-1-Diabetes handelt es sich um eine chronische Erkrankung, bei der das körpereigene Immunsystem die insulinproduzierenden Betazellen der Bauchspeicheldrüse fälschlicherweise angreift und zerstört“, heißt es in der Pressemitteilung. „Ansätze der regenerativen Medizin zielen darauf ab, die Betazellmasse wiederherzustellen und die aktuellen Insulinersatztherapien damit letztendlich zu ersetzen. Veränderungen der Inselzellen, wie eine unzureichende Funktion und Dedifferenzierung der Betazellen, tragen auch zur Entstehung von Typ-2-Diabetes bei.“ Weiter heißt es: „Daher führt ein tieferes Verständnis der Identität und des Zusammenspiels zwischen den verschiedenen Inselzelltypen zu einer besseren Charakterisierung beider Diabetesformen und kann zur Entwicklung neuer therapeutischer Konzepte beitragen.“

Ein leistungsstarkes Verfahren

Laut der Pressemitteilung des CeMM sind trotzt jüngster Fortschritte bei der Erstellung von Einzelzell-Transkriptionen „Einzelzellansätze nach wie vor technologisch anspruchsvoll, da in jeder Zelle nur minimale RNA-Mengen vorhanden sind, die im Rahmen des Experiments vollständig aufgebraucht werden.“ Daher ist es unerlässlich, die Qualität und Reinheit der resultierenden Einzelzell-RNA-Profile sicherzustellen.“ In der Pressemitteilung wird angegeben, dass die Forschungsgruppe „sowohl in ihrem eigenen Datensatz als auch in anderen veröffentlichten Einzelzellstudien eine unerwartet erhöhte Hormonexpression in nicht endokrinen Zelltypen festgestellt“ hat. Außerdem heißt es dort, dass die Forschungsgruppe abklären wollte, „ob diese auf die Kontamination durch RNA-Moleküle, beispielsweise aus sterbenden Zellen, zurückzuführen war und wie sie beseitigt werden könnte, um einen verlässlicheren Datensatz zu erhalten.“ Ihr Ziel war „eine Methode zur experimentellen Bestimmung und rechnerischen Beseitigung einer solchen Kontamination zu entwickeln, zu validieren und anzuwenden.“ Das Projekt CHROMABOLISM unterstützt die Untersuchung mit Chromatin zusammenhängender Anfälligkeiten mit bislang unerreichter Tiefe. Das Projekt EpigenomeProgramming befasst sich mit der Rolle der Epigenetik bei Krebserkrankungen. Weitere Informationen: CHROMABOLISM-Projekt EpigenomeProgramming-Projekt

Schlüsselbegriffe

CHROMABOLISM, EpigenomeProgramming, Typ-1-Diabetes, Ribonukleinsäure, Transkriptom

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