Auslesen von RNA-Strukturen in Echtzeit
amyotrophe Lateralsklerose (ALS), auch bekannt als Lou-Gehrig-Krankheit und Stephen-Hawking-Krankheit, ist eine neurodegenerative Krankheit, die zu einem allmählichen Verlust der Kontrolle über die Muskeln im Körper führt. Sie ist derzeit unheilbar, und die Ursache der Krankheit ist in über 90% aller Fälle unbekannt - obwohl man davon ausgeht, dass sowohl genetische als auch umweltbedingte Faktoren eine Rolle spielen.
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Die Forschungsgruppen von Dr. Akira Kitamura an der Fakultät für fortgeschrittene Biowissenschaften der Universität Hokkaido und Prof. Jerker Widengren an der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) in Schweden haben eine neuartige Technik entwickelt, mit der eine charakteristische RNA-Struktur in Echtzeit in lebenden Zellen nachgewiesen werden kann. Die Technik, die auf fluoreszenzmikroskopischer Spektroskopie basiert, wurde in der Zeitschrift Nucleic Acids Research veröffentlicht.
"Einer der genetischen Faktoren, von denen man annimmt, dass sie an der Entwicklung von ALS beteiligt sind, ist eine bestimmte RNA-Sequenz, die eine viersträngige Struktur, einen so genannten G-Quadruplex, bildet", erklärt Kitamura, Erstautor der Studie. "Normalerweise regulieren diese Strukturen die Expression von Genen. Eine Mutation in Chromosom 9 beim Menschen führt jedoch zur Bildung von G-Quadruplexen, die bei neurodegenerativen Erkrankungen wie ALS eine Rolle spielen könnten".
Eine der größten Hürden für das Verständnis der genauen Rolle von G-Quadruplexen bei Krankheiten waren die Einschränkungen bei der Untersuchung ihrer Bildung und Lokalisierung in lebenden Zellen in Echtzeit. Den Gruppen von Kitamura und Widengren ist es gelungen, ein einfaches, robustes und weithin anwendbares Verfahren zu entwickeln, das die bestehenden Probleme löst.
Die Technik verfolgt einen Cyanin-Farbstoff namens Alexa Fluor 647 (AF647). Wenn er an RNA markiert wird, ändert sich der Fluoreszenzzustand des Farbstoffs mit der Bildung von G-Quadruplexen in der RNA. Die Gruppen analysierten die AF647-markierte RNA mit einer Mikroskopietechnik namens TRAST (TRAnsient STate) Monitoring, um dieses Fluoreszenzblinken in Echtzeit zu erkennen.
"Die zeitaufgelösten Änderungen der Fluoreszenzintensität erscheinen visuell als Blinzeln", beschreibt Kitamura die Technik. "Bei TRAST setzen wir die Zellen einem bestimmten Muster sich ändernder Lichtintensitäten aus und messen die durchschnittliche Intensität der Fluoreszenz, die von dem RNA-gebundenen Farbstoff in den Zellen über bestimmte Zeitintervalle abgegeben wird. Indem wir die Veränderungen der Blinkeigenschaften messen, können wir die RNA-Strukturen in der Zelle unterscheiden".
Das Team kalibrierte sein Experiment unter Laborbedingungen und bestimmte genau, welches Fluoreszenzblinken RNA-G-Quadruplexen entsprach. Anhand dieser Daten konnten sie mit TRAST den Ort der RNA-G-Quadruplexe in lebenden Zellen bestimmen.
Diese Arbeit beweist, dass Cyanin-Farbstoffe empfindliche Ausleseparameter für den Faltungszustand von RNA-G-Quadruplexen in lebenden Zellen und sogar für einzelne Zellen liefern können. Dies wiederum bietet die Möglichkeit, RNA-G-Quadruplexe bei Krankheiten in Echtzeit auf intrazellulärer Ebene zu untersuchen. Sie kann auch zur Untersuchung der Faltung und Fehlfaltung von Proteinen in Zellen eingesetzt werden.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
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