Eine neue Studie veröffentlicht in Natur berichtet, dass eine als Spatial Omics bekannte Technologie verwendet werden kann, um gleichzeitig abzubilden, wie Gene ein- und ausgeschaltet werden und wie sie in verschiedenen Bereichen von Geweben und Organen exprimiert werden. Diese verbesserte Technologie, die von Forschern der Yale University und des Karolinska Institutet entwickelt wurde, könnte Aufschluss über die Entwicklung von Geweben sowie über bestimmte Krankheiten und deren Behandlung geben.
Fast alle Zellen im Körper haben die gleichen Gene und können im Prinzip jede Art von Zelle werden. Was die Zellen unterscheidet, ist, wie die Gene in unserer DNA verwendet werden. In den letzten Jahren haben uns räumliche Omics ein tieferes Verständnis dafür vermittelt, wie Zellen das Genom an genau bestimmten Stellen in Geweben lesen. Jetzt haben Forscher diese Technologie weiterentwickelt, um das Wissen darüber zu erweitern, wie sich Gewebe entwickeln und wie verschiedene Krankheiten entstehen.
Ein wichtiger Teil der Studie ist die Fähigkeit der Forscher, gleichzeitig zwei entscheidende Komponenten unseres Erbguts, das Epigenom und das Transkriptom, räumlich abzubilden. Das Epigenom steuert die Schaltmechanismen, die Gene in einzelnen Zellen ein- und ausschalten, während das Transkriptom das Ergebnis dieser Genexpression ist und jede Zelle einzigartig macht.
Kann Eingang und Ausgang gleichzeitig erkennen
Das Epigenom kann man sich als Sicherungskasten vorstellen. Sie können die Schalter umlegen, aber wenn Sie nicht sehen können, ob die Lichter angehen, sind Ihre Informationen begrenzt. Durch die räumliche Kartierung sowohl des Epigenoms als auch des Transkriptoms entwickelten die Forscher eine Technologie, bei der sowohl der Input (Ein- oder Ausschalten eines Gens) als auch der Output (Genexpression) im selben Gewebeschnitt nachgewiesen werden können. Diese neue Technologie bringt beispiellose Einblicke in die Genregulation an genauen Stellen in einem Gewebe.
Für diese Studie adaptierten und kombinierten die Forscher ihre zuvor entwickelten Techniken zur Kartierung des Epigenoms und des Transkriptoms und wendeten diese Techniken auf Mausgehirne und menschliches Hirngewebe an.
„Jetzt, da wir die beiden kombinieren können, können wir sowohl die Mechanismen sehen, wie die Gene an- und ausgeschaltet werden, als auch das Ergebnis“, sagt Gonçalo Castelo-Branco, Professor an der Abteilung für medizinische Biochemie und Biophysik des Karolinska Institutet , und einer der korrespondierenden Autoren. „Dies hat uns zu einigen unerwarteten Beobachtungen geführt, die uns weitere Einblicke geben, wie diese Prozesse in verschiedenen Gewebebereichen reguliert werden und zu unterschiedlichen Zellschicksalen beitragen.“
Weiterentwicklung des Bereichs der personalisierten Medizin
Die Arbeit könnte die Forscher dem Verständnis potenzieller genetischer Ziele für die Arzneimitteltherapie näher bringen und dazu beitragen, das Gebiet der personalisierten Medizin voranzubringen.
„Mit dieser Technologie werden wir in Zukunft in der Lage sein, bei jedem einzelnen Patienten wirklich zu verstehen, wie diese krebsfördernden Gene und Tumorsuppressorgene durch die epigenetischen Mechanismen reguliert werden“, sagt Rong Fan, Professor an der Yale University und Letztautor von das Papier. „Das gesamte Gebiet der epigenetischen Therapeutika ist gerade erst im Entstehen, aber ich denke, dass unsere Technologie die epigenetische Arzneimittelforschung potenziell unterstützen kann.“
Mehr Informationen:
Di Zhang et al, Räumliche Epigenom-Transkriptom-Co-Profilierung von Säugetiergeweben, Natur (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05795-1