Ny metod avslöjar cellers utveckling
Forskare vid Karolinska Institutet och Harvard Medical School rapporterar i tidskriften Nature att de har utvecklat en teknik för att fånga dynamiska processer i enskilda celler. Förutom att studera sjukdomsprocesser kan metoden användas för att i detalj observera hur specialiserade celltyper bildas under embryonalutvecklingen.
Kroppens organ är sammansatta av olika celler som ger varje organ dess unika funktion. Hjärnan, exempelvis, består av hundratals olika typer av nervceller medan njuren har specialiserade celler för att filtrera blodet, och hjärtat har särskilda muskelceller med pacemakerfunktion. Organen bildas under embryonalutvecklingen genom en process av gradvis specialisering. Det befruktade ägget delar sig och allt eftersom fler celler bildas, börjar de anta alltmer specifika funktioner. Liknande processer pågår också i tumörer, som med tiden utvecklas till ett slags organ med kärl och stödjeceller som hjälper tumören att växa.
Svårt att studera dynamiska förlopp
Det som avgör varje cells unika funktion är vilka gener som är aktiva i just den cellen. I nervceller aktiveras till exempel gener som styr elektriska impulser, medan muskelceller använder gener för motorproteiner. Svenska och internationella forskare har på senare år utvecklat metoder för att studera genaktivitet i enskilda celler och på så vis kartlägga sammansättningen av celler i komplexa vävnader. Nackdelen med metoderna är att de är destruktiva. För att mäta genaktivitet i enskilda celler måste cellen förstöras och dess innehåll analyseras, vilket gör det svårt att studera dynamiska förlopp.
– Man kan likna det vid en stillbild där all rörelse är frusen. Nu har vi utvecklat en ny metod som mäter inte bara geners aktivitet, utan även förändringar i genaktiviteten, i enskilda celler. Det blir i stället som en stillbild tagen med lång exponering; i en sådan bild kommer stillastående föremål att vara skarpa, medan de som är i rörelse blir suddiga. Föremål som rör sig snabbt blir suddigare, och rörelsens riktning avslöjas av suddighetens riktning, förklarar Sten Linnarsson, professor vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik på Karolinska Institutet och en av studiens huvudförfattare.
Kan studera tumörbildning, immunsvar och sårläkning
Metoden utnyttjar det faktum att när gener aktiveras, så bildas en serie av RNA-molekyler i en viss ordning. Genom att särskilja dessa molekyler kan forskarna avgöra om en gen just har aktiverats, eller om den till exempel är på väg att stängas av.
– Denna nya metod gör det möjligt att observera i detalj hur specialiserade celltyper bildas under embryonalutvecklingen, även i mänskliga embryon. Den kan också användas för att studera dynamiska sjukdomsprocesser, som tumörbildning, sårläkning och immunsvar, säger Sten Linnarsson.
Studien genomfördes i nära samarbete med Peter Kharchenkos forskargrupp vid Harvard Medical School i USA. Forskningen finansierades av Stiftelsen för Strategisk Forskning (SSF), Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Familjen Erling-Perssons Stiftelse, Wellcome Trust, Centrum för innovativ medicin (CIMED), Vetenskapsrådet, Europeiska forskningsrådet, Hjärnfonden, Ming Wai Lau Centre for Reparative Medicine, Cancerfonden, Karolinska Institutet samt National Institutes of Health (NIH) och National Science Foundation (NSF) i USA.
Publikation
”RNA velocity of single cells”
Gioele La Manno, Ruslan Soldatov, Amit Zeisel, Emelie Braun, Hannah Hochgerner, Viktor Petukhov, Katja Lidschreiber, Maria E. Kastriti, Peter Lönnerberg, Alessandro Furlan, Jean Fan, Lars E. Borm, Zehua Liu, David van Bruggen, Jimin Guo, Erik Sundström, Gonçalo Castelo-Branco, Patrick Cramer, Igor Adameyko, Sten Linnarsson, Peter V. Kharchenko. Nature, online 8:e augusti 2018, doi: 10.1038/s41586-018-0414-6