Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Genaktivität und Transkriptmuster erstmals in tausenden einzelnen Zellen sichtbar gemacht

07.10.2013
Biologen der Universität Zürich haben ein Verfahren entwickelt, um die Genaktivität von Einzelzellen individuell sichtbar zu machen.

Erstmals können so tausend Gene parallel in zehntausend menschlichen Einzelzellen untersucht werden. Beispielsweise lässt sich so die unterschiedliche Genaktivität einzelner Tumorzellen abbilden. Das neue Verfahren zeigt, dass die Aktivität von Genen und die räumliche Anordnung der dadurch entstehenden Transkriptmoleküle zwischen identischen Einzelzellen stark variieren.

Wenn Zellen ein Gen aktivieren, erstellen sie genspezifische Transkriptmoleküle, die die Funktion eines Gens für die Zelle nutzbar machen. Die Untersuchung der Genaktivität kommt in der medizinischen Diagnostik, insbesondere in der Krebsmedizin, routinemässig zum Einsatz. Die heute etablierten Technologien bestimmen die Genaktivität über die Anzahl der Transkriptmoleküle.

Allerdings können diese Methoden weder die Anzahl der Transkriptmoleküle von tausend Genen in tausenden Einzelzellen, noch die räumliche Anordnung der Transkriptmoleküle innerhalb der Einzelzellen bestimmen. Das von Biologen der Universität Zürich unter der Leitung von Prof. Lucas Pelkmans entwickelte vollautomatische Verfahren ermöglicht erstmals, die Anzahl und räumliche Anordnung einzelner Transkriptmoleküle innerhalb von tausenden Einzelzellen parallel zu messen. Die kürzlich im Wissenschaftsmagazin «Nature Methods» publizierten Resultate liefern zudem völlig neue Erkenntnisse über die Variabilität der Genaktivität in Einzelzellen.

Roboter, Fluoreszenzmikroskop und Supercomputer

Das von Pelkmans Doktoranden Nico Battich und Thomas Stöger entwickelte Verfahren basiert auf dem Einsatz von Robotern, eines automatisierten Fluoreszenzmikroskops und eines Supercomputers. «Wenn Gene aktiv sind, werden spezifische Transkriptmoleküle produziert. Diese färben wir mit Hilfe eines Roboters ein», erläutert Stöger die Methode. Anschliessend erzeugt ein Fluoreszenzmikroskop Bilder von den aufleuchtenden Transkriptmolekülen. Diese Bilder werden mit dem Supercomputer «Brutus» der ETH Zürich ausgewertet. Mit dieser Technologie können tausend menschliche Gene in zehntausend Einzelzellen individuell betrachtet werden. Gemäss Pelkmans liegen die Vorteile des Verfahrens in der hohen Anzahl von Einzelzellen und der Möglichkeit, erstmals die räumliche Anordnung der Transkriptmoleküle vieler Gene zu bestimmen.

Neue Einsichten in die räumliche Anordnung von Transkriptmolekülen

Die Auswertung der neuen Daten zeigt, dass sich einzelne Zellen in ihrer Genaktivität unterscheiden. Während die Wissenschaftler eine grosse Variabilität in der Anzahl der Transkriptmoleküle erwarteten, waren sie überrascht, dass deren räumliche Anordnung sowohl innerhalb von Einzelzellen, als auch zwischen Einzelzellen ebenfalls stark variierte. Dabei nahmen die Transkriptmoleküle verschiedene Muster an.

Dazu Battich: «Wir stellten fest, dass Gene mit einer ähnlichen Funktion auch eine ähnliche Variabilität der Transkriptmuster haben. Diese Ähnlichkeit ist viel grösser als jene mit der Variabilität der Anzahl der Transkriptmoleküle und erlaubt uns die Funktion einzelner Gene vorherzusagen.». Die Wissenschaftler vermuten deshalb, dass die Transkriptmuster eine Gegenmassnahme zur Variabilität in der Anzahl der Transkriptmoleküle darstellen und für die Robustheit der Prozesse in der Zelle verantwortlich sind.

«Unsere Methode wird für die Grundlagenforschung und insbesondere für das bessere Verständnis von Krebstumoren von Bedeutung sein, da sie erlaubt, die Unterschiede der Genaktivität in den einzelnen Tumorzellen abzubilden», fasst Pelkmans die Bedeutung der neuen Erkenntnisse zusammen.

Literatur:

Nico Battich, Thomas Stoeger, Lucas Pelkmans. Image-based transcriptomics in thousands of single human cells at single-molecule resolution. Nature Methods. DOI: 10.1038/nmeth.2657

Die Studie wurde unterstützt von SystemsX.ch und dem Universitären Forschungsschwerpunkt (UFSP) Funktionelle Genomik.

Kontakt:
Prof. Dr. Lucas Pelkmans
Universität Zürich
Institute of Molecular Life Sciences
Tel. +41 44 635 31 23
E-Mail: lucas.pelkmans@imls.uzh.ch

Beat Müller | Universität Zürich
Weitere Informationen:
http://www.uzh.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie