Kartierung der Genexpression in zwei Farben
Die MRT ist sowohl für die klinische Praxis als auch für die medizinische Forschung ein wichtiges Instrument. Diese Technologie unterstützt seit ihrer Erfindung in den 1970er Jahren die Forschung und Praxis dabei, eine Vielzahl von Erkrankungen zu diagnostizieren, zu überwachen und zu beobachten. Die technologische Leistung wurde in den letzten Jahrzehnten mit jedem Fortschritt stetig gesteigert. Ein neues Verfahren, das von Forschenden aus Israel und den Vereinigten Staaten entwickelt wurde, könnte die Effektivität der MRT nun noch weiter erhöhen. Dem von den EU-finanzierten Projekten GeneREFORM und AutoCAb unterstützten Forschungsteam ist es gelungen, die MRT zur Beobachtung zweier unterschiedlicher Gene in zwei Farben zu nutzen.
Bedeutung dieser Errungenschaft
Die Darstellung der in unseren Körperzellen ablaufenden Genexpression in Echtzeit in kontrastierenden Farben kann wertvolle Einblicke in derzeit nicht sichtbare biologische Prozesse ermöglichen. In der Fluoreszenzmikroskopie können Forschende mithilfe leuchtender mehrfarbiger Proteine die Genexpression beobachten – mit diesen Proteinen kann der Prozess im tiefen Gewebe des Körpers jedoch nicht dargestellt werden. Zwar lassen sich tiefliegende Prozesse heute in der MRT darstellen, die erzeugten Graustufenbilder liefern allerdings keine spezifischen Informationen zur Genexpression. Mit dem neu entwickelten Verfahren ist das nun möglich. „Mit der MRT könnte eines Tages über einen längeren Zeitraum tief in den Körper geblickt und so beobachtet werden, welche Prozesse im Gewebe ablaufen, ohne dass es für die Untersuchung unter dem Mikroskop entnommen werden muss“, sagt Dr. Amnon Bar-Shir vom Weizmann-Institut für Wissenschaften in Israel, an dem die Projekte GeneREFORM und AutoCAb angesiedelt sind, in einer auf „Phys.org“ veröffentlichten Pressemitteilung. „Unser Verfahren stellt einen bedeutenden Schritt in diese Richtung dar“, so Dr. Bar-Shir, der auch korrespondierender Autor der entsprechenden Studie ist, die in der Fachzeitschrift „Nature Biotechnology“ veröffentlicht wurde. Das Team veränderte zwei Gruppen hochaktiver Reportergene gentechnisch, sodass jede Gruppe jeweils eines von zwei speziell entworfenen Enzymen exprimiert. Darüber hinaus entwickelte das Forschungsteam zwei neuartige molekulare Sonden, die mittels MRT erfassbar sind – im Gegensatz zu fluoreszierenden Sonden, deren Signale dickes Gewebe möglicherweise nicht durchdringen können. Diese Reportersonden werden in die Blutbahn injiziert und akkumulieren ausschließlich in den Reportergenen, die die speziell konzipierten Enzyme exprimieren. So können die Reportergenexpressionen über das Signal beobachtet werden, das die Sonden als Antwort auf die unterschiedlichen MRT-Frequenzen emittieren. Jede Sonde wird auf der MRT-Übersicht in einer anderen Farbe dargestellt. „Anhand der Genexpression erfahren wir, was in jeder Zelle abläuft“, sagt die Hauptautorin der Studie, Dr. Hyla Allouche-Arnon, die ebenfalls am Weizmann-Institut für Wissenschaften forscht. „Dank unseres Verfahrens könnte die MRT nun in verschiedenen Forschungsfeldern angewendet werden, um die Aktivität unterschiedlichster Prozesse zu beobachten, wie beispielsweise von Prozessen, an denen verschiedene Arten von Gehirn- oder Immunzellen beteiligt sind.“ Die Forschenden testeten ihr Verfahren an lebenden Mäusen unter Verwendung eines äußerst leistungsstarken MRT-Geräts mit einem 15-Tesla-Magneten. Auf den Scans wurden die Signale der beiden Sonden erfasst und die genauen Positionen der die gentechnisch veränderten Enzyme exprimierenden Zellen in Grün und Rosa dargestellt. Das mit Unterstützung der Projekte GeneREFORM (Genetically Encoded Multicolor Reporter Systems For Multiplexed MRI) und AutoCAb (Automated computational design of site-targeted repertoires of camelid antibodies) erarbeitete Verfahren könnte weiterentwickelt werden, sodass gleichzeitig mehr als zwei Gene in unterschiedlichen Farben dargestellt werden können. Es kann künftig für die Anwendung am Menschen angepasst und zur nichtinvasiven Überwachung wichtiger Prozesse wie des Fortschritts einer Krebsbehandlung genutzt werden. Weitere Informationen: Projekt GeneREFORM Projekt AutoCAb
Schlüsselbegriffe
GeneREFORM, AutoCAb, Gen, Reportergen, MRT, Magnetresonanztomographie, Genexpression