Eine neue Messtechnologie für funktionelle Proteine ​​könnte die Arzneimittelforschung voranbringen

Ein neues biomedizinisches Forschungsinstrument, das es Wissenschaftlern ermöglicht, Hunderte von funktionellen Proteinen in einer einzelnen Zelle zu messen, könnte neue Einblicke in die Zellmaschinerie bieten. Unter der Leitung von Jun Wang, Associate Professor of Biomedical Engineering an der Stony Brook University, kann dieser Mikrochip-Assay – genannt Single-Cell Cycle Multiplex In Situ Tagging (CycMIST)-Technologie – dazu beitragen, Bereiche wie Molekulardiagnostik und Arzneimittelforschung voranzutreiben. Einzelheiten über die zyklische Mikrochip-Assay-Methode sind in veröffentlicht Naturkommunikation.

Während neuere Technologien der Einzelzell-Omik (dh Genomik, Transkriptomik usw.) die Untersuchung komplexer biologischer und zellulärer Systeme revolutionieren und Wissenschaftler genomweite Sequenzen einzelner Zellen analysieren können, gelten diese Technologien nicht für Proteine, weil sie es sind nicht amplifizierbar wie DNAs. Daher hat die Proteinanalyse in Einzelzellen noch keine groß angelegten Experimente erreicht. Da Proteine ​​Zellfunktionen und Biomarker für Zelltypen und Krankheitsdiagnose darstellen, ist eine weitere Analyse auf Einzelzellbasis erforderlich.

„Der CycMIST-Assay ermöglicht eine umfassende Bewertung der Zellfunktionen und des physiologischen Status, indem 100-mal mehr Proteintypen untersucht werden als bei der herkömmlichen Immunfluoreszenzfärbung, was ein charakteristisches Merkmal ist, das mit keiner anderen ähnlichen Technologie erreichbar ist“, erklärt Liwei Yang, Hauptautor der Studie und a Postdoktorand innerhalb des Wang-Forschungsteams und des Multiplex Biotechnology Laboratory.

Wang, der der Renaissance School of Medicine und dem Stony Brook Cancer Center angehört, und seine Kollegen demonstrierten CycMIST durch den Nachweis von 182 Proteinen, darunter Oberflächenmarker, Neuronenfunktionsproteine, Neurodegenerationsmarker, Signalwegproteine ​​und Transkriptionsfaktoren. Sie verwendeten ein Modell der Alzheimer-Krankheit (AD) bei Mäusen, um die Technologie und Methode zu validieren.

Durch die Analyse der 182 Proteine ​​mit CycMIST konnten sie eine funktionelle Proteinanalyse durchführen, die die tiefe Heterogenität von Gehirnzellen aufzeigte, AD-Marker unterschied und AD-Pathogenesemechanismen identifizierte.

Mit dieser detaillierten Methode zur Entschlüsselung von Proteinen im AD-Modell legt das Team nahe, dass eine solche funktionelle Proteinanalyse vielversprechend für neue Arzneimittelziele für AD sein könnte, für die es noch keine wirksame Behandlung gibt. Und sie bieten eine Landschaft potenzieller Arzneimittelziele auf zellulärer Ebene aus der CycMIST-Proteinanalyse.

Die Autoren glauben, dass CycMIST auch ein enormes Kommerzialisierungspotenzial haben könnte.

Sie sagen, dass Forscher vor diesem Studienmodell mit CycMIST nur eine Spitze von Proteintypen in einer Zelle messen und kennen konnten. Aber dieser neue Ansatz ermöglicht es Wissenschaftlern, die Aktionen jedes Aspekts einer Zelle zu identifizieren und zu kennen, und daher können sie möglicherweise feststellen, ob sich eine Zelle in einem Krankheitsstatus befindet oder nicht – der erste Schritt auf einem möglichen Weg, um Krankheiten durch Analyse einer einzelnen zu diagnostizieren Proteinzelle. Und im Vergleich zu Standardansätzen wie der Durchflusszytometrie kann ihr Ansatz mit CycMIST die 10-fache Menge an Proteinen und auf Einzelzellebene analysieren.

Die Forscher schlagen auch vor, dass der zyklische Mikrochip-Assay tragbar und kostengünstig ist und an jedes vorhandene Fluoreszenzmikroskop angepasst werden könnte, was weitere Gründe für seine Marktfähigkeit sind, wenn er sich bei anschließenden Experimenten als effektiv erweist.