Das Team kartiert Proteine ​​und Transkriptome in menschlichen Geweben

Um zu verstehen, wie sich Zellen verhalten, müssen Forscher auch die Moleküle verstehen, die sie zum Funktionieren bringen. „Wenn jemand wissen will, wie die Niere funktioniert, muss er wissen, was in den Nierenzellen vor sich geht“, sagt Yang Liu, Ph.D., Assistenzprofessor für Pathologie. „Das wird durch die Proteinaktivität definiert.“

Aber die meisten räumlichen Transkriptom-Sequenzierungsstudien schließen die Proteine ​​nicht ein, wodurch wichtige Informationen über die Mechanismen des Krankheitsverlaufs ausgelassen werden. In ihrer neuesten Studie führte ein Yale-Team nun eine High-Plex-Protein- und Gesamttranskriptom-Co-Mapping durch, bei der fast 300 Proteine ​​und Transkriptome in menschlichen Geweben gemessen wurden. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in Naturbiotechnologie am 23. Februar.

„Dies ist ein Spielveränderer – das zentrale Dogma der Molekularbiologie zu durchbrechen und Hunderte von Proteinen gleichzeitig zu betrachten“, sagt Rong Fan, Ph.D., Harold Hodgkinson Professor für Biomedizinische Technik und Pathologie und leitender Autor der Studie.

Aufgrund der technischen Einschränkungen der Immunfluoreszenz und Immunhistochemie fehlten in Studien weitgehend Proteindaten, die es schwierig machten, Proteine ​​in großer Zahl abzubilden. „Vor etwa 10 Jahren war es atemberaubend, wenn jemand gleichzeitig eine Handvoll Proteinmarker abbildete“, sagt Fan.

Aber im Jahr 2020 veröffentlichte das Team a studieren in Zelle mit einer Technik, die als deterministisches Barcoding in Geweben bezeichnet wird. Die Arbeit umfasste das Einbringen von DNA-Tags in Gewebe unter Verwendung von Antikörpern, die auf spezifische Proteine ​​abzielen können, wobei insgesamt 22 Proteine ​​zusätzlich zu mRNA-Molekülen markiert wurden. Dies war die erste Studie, in der Transkriptom und Proteine ​​gemeinsam kartiert wurden.

In ihrer neuesten Studie baute das Team auf seiner früheren Arbeit auf, indem es diese Methoden verwendete, um das gesamte Transkriptom und 189 Proteine ​​in mehreren Mausgeweben zu profilieren. Sie maßen auch das gesamte Transkriptom und 273 Proteine ​​in menschlichem Gewebe. „Unsere Studie ist aus zwei Gründen einzigartig. Erstens profilieren wir RNA und Proteine ​​gleichzeitig in denselben Gewebeschnitten. Es gibt keine anderen Technologien, die dies leisten können“, sagt Liu, der Erstautor der Studie . „Zweitens sind fast 300 Proteine, die im selben Gewebeschnitt abgebildet werden, wirklich ein Weltrekord.“

Unter den gesammelten menschlichen Geweben befanden sich Hautproben nach der Impfung mit dem COVID-19-Moderna-Impfstoff. Mit der Anleitung und dem Fachwissen von David Hafler, MD, Vorsitzender und William S. und Lois Stiles Edgerly, Professor für Neurologie und Professor für Immunbiologie, Mary Tomayko, MD, Ph.D., außerordentliche Professorin für Dermatologie und Pathologie, und Marcello DiStasio, MD, Ph.D., Assistenzprofessor für Pathologie, führte das Team menschliche Hautbiopsien durch, um die Immunaktivierungsreaktionen an der Injektionsstelle besser zu verstehen. Sie entdeckten eine einzigartige Untergruppe von Zellen, die als periphere Helfer-T-Zellen bekannt sind und sich an der Stelle angesammelt haben.

„Die Art und Weise, wie wir die Zellen identifizieren und visualisieren konnten, wo sie sich befinden, unterstreicht die Leistungsfähigkeit unserer Technologie“, sagt Fan. Das Team verwendete seine Technologie auch, um menschliches Lymphgewebe wie Mandeln zu messen, und zeigte in Zusammenarbeit mit Joseph Craft, MD, Paul B. Beeson, Professor für Medizin (Rheumatologie) und Professor für Immunbiologie, Stephanie Halene, MD, Arthur H. und Isabel Bunker außerordentliche Professorin für Medizin und Leiterin der Hämatologie und Mina Xu, MD, außerordentliche Professorin für Pathologie und Labormedizin und Direktorin für Hämatopathologie.

Die Studie beobachtete nur Oberflächenproteine ​​oder Proteine ​​auf der Zellmembran. Das Team hofft, seine Technologie anwenden zu können, um auch intrazelluläre Signalproteine ​​und extrazelluläre Matrixproteine ​​zu untersuchen. „In Zukunft wollen wir diese Technologie noch leistungsfähiger machen und die Zahl der von uns untersuchten Proteine ​​auf Tausende erhöhen“, sagt Fan.

Das Team ist begeistert von den Implikationen der Studie in Bezug auf ein besseres Verständnis von Krankheit und Alterung. Sie sind beispielsweise daran interessiert, ihre Technologie einzusetzen, um mehr über Entzündungen in gealtertem oder krankem Gewebe zu erfahren. Sie sind auch optimistisch, diese Technologie zur Untersuchung von Tumoren und der Mikroumgebung des Tumors einzusetzen.

„Jetzt können wir Hunderte von Proteinen untersuchen und verschiedene Zelltypen definieren. Dann können wir sehen, wie diese verschiedenen Zelltypen mit Tumorzellen interagieren“, sagt Fan. „Dies ist eine leistungsstarke Technologie, und es ist die beste Zeit, sich mit diesen herausfordernden Forschungsfragen zur menschlichen Gesundheit und Krankheit zu befassen.“