Metaboliten in lebenden Zellen messen - Neues Werkzeug entwickelt

Eine neue Studie, veröffentlicht in der 9. März Ausgabe von Wissenschaft , enthüllt, dass Forscher vom Weill Cornell Medical College durch die Entwicklung von Zellen zur Expression einer modifizierten RNA namens "Spinat" bei der Reproduktion von niedermolekularen Metaboliten, dh Zwischenprodukten und Produkten des individuellen Zellstoffwechsels in lebenden Zellen, Fortschritte gemacht haben Zeit.
Die Entdeckung der Messung der Produktionsrate eines Metaboliten wird wahrscheinlich das Verständnis der Wissenschaftler für das Metabolom verändern und könnte sich als nützlich erweisen, um zu identifizieren, ob eine Zelle metabolisch dysfunktional ist wie bei Krebs oder um Medikamente zu entwickeln, die eine normale Funktion in Metaboliten wiederherstellen können. Ein Metabolom besteht aus Tausenden von Metaboliten, die chemische Fingerabdrücke von dynamischer Aktivität in Zellen liefern.
Dr. Samie R. Jaffrey, außerordentliche Professorin für Pharmakologie am Weill Cornell Medical College, erklärt:

"Die Fähigkeit, Metabolite in Aktion zu sehen, wird uns neue und schlagkräftige Hinweise geben, wie sie sich bei Krankheiten verändern und uns dabei helfen, Behandlungen zu finden, die ihr Niveau wieder normalisieren können."

Studienleiter Dr. Jaffrey sagt:

"Die Metaboliten in den Zellen kontrollieren so viele Aspekte ihrer Funktion, und deshalb liefern sie eine starke Momentaufnahme dessen, was in einer Zelle zu einer bestimmten Zeit vor sich geht."

Die Tatsache, dass Krebszellen einen abnormalen Stoffwechsel haben, ist unter Biologen bekannt. Die abnormen Zellen erzeugen ein unterschiedliches metabolisches Profil, indem sie ihre Verwendung von Glukose für Energie ändern und ein einzigartiges Abbauprodukt wie Milchsäure erzeugen. Dr. Jaffrey erklärt:

"Die Fähigkeit, diese metabolischen Anomalien zu sehen, kann Ihnen sagen, wie sich der Krebs entwickeln könnte. Aber bisher war es in lebenden Zellen sehr schwierig, Metaboliten zu messen."

Dr. Jaffrey und seine Kollegen bewiesen, dass durch die Verwendung spezifischer RNA-Sequenzen Metaboliten in den Zellen gemessen werden können. Diese RNAs sind im Wesentlichen die gleichen wie die Spinach-RNA, die in Zellen ein grün fluoreszierendes Leuchten emittiert. Die Forscher modifizierten Spinat-RNAs so, dass sie abschalten, bis sie auf den Metaboliten stoßen, an den sie spezifisch binden sollen, wodurch die Fluoreszenz von Spinat angeschaltet wird.
Sie entwickelten anschließend RNA-Sequenzen, um fünf verschiedene Zellmetabolitenspiegel zu verfolgen; das Energiemolekül der Zelle, das Produkt von ATP, ADP und SAM oder S-Adenosylmethionin, das eine Rolle bei der Methylierung spielt, die die Genaktivität kontrolliert. Jaffrey kommentiert:

"Zuvor war niemand in der Lage zu beobachten, wie sich die Spiegel dieser Metaboliten in Echtzeit in Zellen verändern."
Forscher können jetzt die Spiegel eines bestimmten Metaboliten in einer einzelnen Zelle messen, wenn sich diese in Echtzeit ändert, indem die RNA in lebende Zellen abgegeben wird. Dr. Jaffrey sagt:

"Man kann sehen, wie sich diese Werte dynamisch in Reaktion auf Signalwege oder genetische Veränderungen verändern. Und man kann Medikamente screenen, die diese genetischen Anomalien normalisieren. Ein Hauptziel ist es, Medikamente zu identifizieren, die den Zellstoffwechsel normalisieren."

Dieser Ansatz ist im Vergleich zu der vorherrschenden Methode zur Detektion von Molekülen in lebenden Zellen vorzuziehen, indem grün fluoreszierendes Protein (GFP) verwendet wird, da keine Hindernisse zu überwinden sind. Obwohl Forscher GFP und andere Proteine ??verwenden können, um Metaboliten zu erkennen, wenn diese mit natürlich vorkommenden Proteinen fusioniert sind, die den Metaboliten binden, ist die Metabolitbindung in einigen Fällen jedoch in der Lage, die Proteine ??so zu verdrehen, dass ihre Fluoreszenz beeinflusst wird. Darüber hinaus gibt es für die meisten Metaboliten keine Proteine, die mit GFP zu Sensoren verschmolzen werden können.
Dieses Hindernis kann durch Verwendung von RNAs als Metabolitensensoren angegangen werden. Jaffrey erklärt: "Das Erstaunliche an RNA ist, dass man RNA-Sequenzen herstellen kann, die an jedes beliebige kleine Molekül binden, das man will. Sie können in ein paar Wochen hergestellt werden." Nach der Herstellung werden diese künstlichen Sequenzen dann mit Spinat fusioniert und als einzelner RNA-Strang in Zellen exprimiert.
Jaffrey fährt fort: "Dieser Ansatz würde es Ihnen ermöglichen, jeden kleinen Molekülmetaboliten zu nehmen, den Sie untersuchen und in Zellen sehen wollen." Das Team hat die Technologie erweitert, um Proteine ??und andere Moleküle in lebenden Zellen zu identifizieren.
Jaffrey weist darauf hin, dass Wissenschaftler die menschliche Biologie besser verstehen können, indem sie diese Technologie für zahlreiche Krankheiten einsetzen, und folgert:

"Wir sind sehr daran interessiert zu sehen, wie metabolische Veränderungen in Gehirnneuronen zu Entwicklungsstörungen wie Autismus beitragen. Es gibt viele Möglichkeiten, was dieses neue Instrument angeht."

Geschrieben von Petra Rattue