Innovation bringt neue Einblicke in die RNA

MicroRNAs, die winzigen Teile des genetischen Materials, die die Genexpression regulieren, spielen eine bedeutende, wenn auch wenig verstandene Rolle bei der Kontrolle der Unterschiede zwischen einzelnen Zellen. Yale-Forscher haben eine Technologie entwickelt, die die für diese Unterschiede verantwortlichen Arbeitsabläufe beleuchtet – ein Durchbruch, der zu neuen Erkenntnissen über die Krebsentwicklung führen kann.

Forscher von Yale konnten zum ersten Mal sowohl microRNA- als auch Messenger-RNA (mRNA) in derselben einzelnen Zelle profilieren. Dabei entdeckten sie neue Mechanismen, die zur Heterogenität – also den vielen Variationen – der Genexpression führen. Die Ergebnisse werden heute in Nature Communications veröffentlicht.

Die Forschung ist eine Zusammenarbeit zwischen den Laboratorien von Rong Fan, außerordentlicher Professor für biomedizinische Technik, und Jun Lu, einem assoziierten Professor für Genetik am Yale-Stammzellzentrum.

„Unsere Arbeit ermöglichte zum ersten Mal die direkte Messung aller microRNAs und aller mRNAs in Einzelzellen, was einen direkten Beweis dafür liefern kann, wie microRNAs ihre Ziel-mRNAs steuern“, sagte Fan.

Um Mikro-RNA und mRNA aus derselben Zelle zu sequenzieren, mussten die Forscher einen neuen Ansatz entwickeln, da herkömmliche Methoden wie Magnet-Capture und Gel-Elektrophorese im Einzelzell-Maßstab nicht zuverlässig funktionieren Die Forscher verwendeten einen "Half-Cell-Genomics" -Ansatz. Dazu spalten sie ein einzelliges Lysat, dh die Flüssigkeit, die alle Materialien aus einer einzigen Zelle enthält, in zwei gleiche Fraktionen auf. Dies ist schwieriger als es sich anhört, da die Sicherstellung, dass alle proteingebundenen Nukleinsäurematerialien vollständig dissoziiert sind, ein komplizierter Prozess ist.

Für die Studie zeigten die Forscher, dass der Half-Cell-Ansatz zu einer robusten Aufspaltung von microRNA und mRNA aus Einzelzelllysaten führen kann und dass sie eine Co-Messung beider Zellen aus derselben Zelle durchführen können. Dabei fanden sie Hinweise darauf, dass die Variabilität der microRNA-Expression allein für die nicht-genetische Zell-zu-Zell-Heterogenität verantwortlich ist.

Die Innovation könnte zahlreiche Geheimnisse des Genoms aufdecken.

„Diese Arbeit eröffnet neue Möglichkeiten, um zu untersuchen, wie die Änderungen in der Expression von kleinen RNAs in Einzelzellen zu nichtgenetischer Zell-zu-Zell-Variabilität beitragen und wie die Heterogenität der miRNA-Expression zur Kontrolle des Einzelzellspiegels beiträgt mRNA-Expressionsheterogenität “, sagte Nayi Wang, ein ehemaliger Ph.D. Student in Fan's Labor und Hauptautor der Studie.

Der Durchbruch könnte zu einem besseren Verständnis der Krebsentwicklung, der Intratumor-Heterogenität und der therapeutischen Resistenz führen. Die Forscher sagten, der nächste Schritt könnte darin bestehen, microRNA-Ziele für Krebsbehandlungen zu suchen.

School of Engineering & Applied Science | Yale University

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