Metabolieten meten in levende cellen - nieuwe tool ontwikkeld

Een nieuwe studie, gepubliceerd in het nummer van 9 maart van Wetenschap , onthult dat door cellen te manipuleren om een ??gemodificeerd RNA genaamd "Spinazie" tot expressie te brengen, onderzoekers van het Weill Cornell Medical College zich hebben ontwikkeld in het reproduceren van metabolieten met kleine moleculen, dwz tussenproducten en producten van individueel celmetabolisme in levende cellen, en waargenomen dat metabolietniveaus veranderden met tijd.
De ontdekking van het meten van de productiesnelheid van een metaboliet zal waarschijnlijk het inzicht van wetenschappers in het metaboloom veranderen en kan nuttig zijn om te identificeren of een cel metabolisch disfunctioneel is zoals bij kanker, of om geneesmiddelen te ontwikkelen die een normale functie in metabolieten kunnen herstellen. Een metaboloom bestaat uit duizenden metabolieten die chemische vingerafdrukken van dynamische activiteit in cellen leveren.
Dr. Samie R. Jaffrey, universitair hoofddocent farmacologie aan het Weill Cornell Medical College, legt uit:

"Het vermogen om metabolieten in actie te zien, zal ons nieuwe en krachtige aanwijzingen bieden over hoe ze zijn veranderd in de ziekte en ons helpen behandelingen te vinden die hun niveaus weer normaal kunnen maken."

Studieleider, Dr. Jaffrey zegt:

"Metabolietniveaus in cellen beheersen zoveel aspecten van hun functie en daarom bieden ze een krachtige momentopname van wat er zich op dat moment in een cel afspeelt."

Het feit dat kankercellen een abnormaal metabolisme hebben is bij biologen welbekend. De abnormale cellen produceren een verschillend metabolisch profiel door hun gebruik van glucose voor energie te veranderen en een uniek afbraakproduct zoals melkzuur te produceren. Dr. Jaffrey legt uit:

"Het vermogen om deze metabolische afwijkingen te zien, kan u vertellen hoe de kanker zich zou kunnen ontwikkelen, maar tot nu toe was het meten van metabolieten erg moeilijk in levende cellen."

Dr. Jaffrey en zijn collega's hebben bewezen dat door het gebruik van specifieke RNA-sequenties metabolietniveaus in cellen kunnen worden waargenomen. Deze RNA's zijn fundamenteel hetzelfde als het Spinach-RNA dat een groene fluorescerende gloed in cellen afgeeft. De onderzoekers hebben Spinach-RNA's aangepast zodat ze worden uitgeschakeld totdat ze de metaboliet tegenkomen waarvoor ze specifiek zijn ontworpen om aan te binden, waardoor de fluorescentie van spinazie wordt ingeschakeld.
Ze ontwikkelden vervolgens RNA-sequenties om vijf verschillende celmetabolietniveaus te traceren; de energiemolecule van de cel, het product van ATP, ADP en SAM of S-Adenosyl-methionine dat een rol speelt bij de methylatie die de genactiviteit controleert. Jaffrey opmerkingen:

"Voordien heeft niemand kunnen zien hoe de niveaus van deze metabolieten in cellen in realtime veranderen."
Onderzoekers kunnen nu niveaus van een specifieke metaboliet in een enkele cel meten, aangezien deze in realtime verandert door het RNA in levende cellen af ??te leveren. Dr. Jaffrey zegt:

"Je zou kunnen zien hoe deze niveaus dynamisch veranderen in reactie op signaalroutes of genetische veranderingen.En je kunt geneesmiddelen screenen die die genetische afwijkingen normaliseren.Een belangrijk doel is om geneesmiddelen te identificeren die het celmetabolisme normaliseren."

Deze aanpak heeft de voorkeur in vergelijking met de heersende methode van het detecteren van moleculen in levende cellen door het gebruik van groen fluorescerend eiwit (GFP), omdat er geen hindernissen zijn om te overwinnen. Hoewel onderzoekers GFP en andere eiwitten kunnen gebruiken om metabolieten te detecteren als deze worden gefuseerd met van nature voorkomende eiwitten die de metaboliet binden, is in sommige gevallen metabolietbinding echter in staat de eiwitten zodanig te verdraaien dat hun fluorescentie wordt beïnvloed. Bovendien zijn er voor de meeste metabolieten geen eiwitten beschikbaar die met GFP kunnen worden gefuseerd om sensoren te maken.
Dit obstakel kan worden aangepakt door RNA's te gebruiken als metabolietsensoren. Jaffrey legt uit: "Het verbazingwekkende van RNA is dat je RNA-sequenties kunt maken die binden aan vrijwel elk klein molecuul dat je wilt, ze kunnen in een paar weken gemaakt worden." Eenmaal geproduceerd, worden deze kunstmatige sequenties vervolgens aan Spinach gefuseerd en tot expressie gebracht als een enkele streng van RNA in cellen.
Jaffrey vervolgt: "Deze benadering zou je mogelijk in staat stellen elke metaboliet van kleine moleculen die je wilt bestuderen te nemen en deze in cellen te zien." Het team heeft de technologie uitgebreid om eiwitten en andere moleculen in levende cellen te identificeren.
Jaffrey geeft aan dat wetenschappers een betere kennis van de menselijke biologie kunnen verkrijgen door deze technologie voor tal van ziekten te gebruiken en concludeert:

"We zijn erg geïnteresseerd in hoe metabolische veranderingen in hersenneuronen bijdragen aan ontwikkelingsstoornissen zoals autisme." Er zijn veel kansen, voor zover het deze nieuwe tool betreft. "

Geschreven door Petra Rattue