Genetische Zeitkapsel speichert Transkriptom in lebenden Zellen

US-Wissenschaftler haben ein System entwickelt, mit welchem sich mRNA-Transkripte in lebenden Zellen abspeichern lassen. Grundlage für die „genetischen Zeitkapseln“ sind Vaults – winzige Organellen, die der Wissenschaft bis heute Rätsel aufgeben.

von Milo Klesse

Wie und warum treffen Zellen im Laufe der Zeit Entscheidungen? Und welche Entscheidungen sind mit bestimmten Phänotypen verknüpft? Auf diese Fragen können wir mit derzeitigen Methoden nur begrenzt Antworten geben. Transkriptomanalysen haben sich zwar spätestens seit Ankunft des Next-Generation-Sequencing grundlegend verändert und in den letzten Jahren rasant weiter entwickelt, doch sie bleiben eine Momentaufnahme.

Mithilfe modernster Mikroskopieverfahren lassen sich Genexpression und Proteine hingegen über einen gewissen Zeitraum hinweg analysieren. Allerdings ist die Auswahl an Zielstrukturen, die gleichzeitig beobachtet werden können, deutlich begrenzt. Forschende der Havard University haben nun womöglich einen Durchbruch erzielt: Mit TimeVault präsentieren sie eine Art genetische Zeitkapsel, die das Transkriptom in lebenden Zellen aufzeichnet und speichert. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht.

YouTube als Inspiration für „TimeVault“

Bei TimeVault handelt es sich um ein genetisch kodiertes System, das auf zellulären Organellen – sogenannten Vaults – beruht. Entdeckt wurden die kleinen Organellen in den 1980er Jahren unter anderem von Leonard Rome, doch ihre eigentliche Funktion ist bis heute ungeklärt. Als „The Vault Guy“ pflegt Rome, Zellbiologe an der University of California, Los Angeles (USA), einen YouTube-Kanal. Dort möchte er Vaults und ihr Potenzial, beispielsweise als Transportmittel für Krebsmedikamente, vor allem Laien näherbringen.

Doch auf genau diesen YouTube-Kanal wurde Studienleiter Fei Chen dank Erstautor Yu-Kai Chao laut einem begleitenden Artikel aufmerksam. Zuvor hatten er und sein Team versucht, mithilfe von Poly(A)-bindenden Proteinen (PABP) mRNA-Moleküle an stabilere Moleküle zu knüpfen, um sie vor dem Abbau zu schützen und später analysieren zu können. Ihre Versuche scheiterten zunächst, bis sie schließlich das PABP-Gen mit dem Gen, welches für das Major Vault Protein (MVP) kodiert, fusionierten.

Transkriptom für bis zu sieben Tage gespeichert

Das dadurch entstandene Protein bindet an mRNA-Transkripte und speichert diese als Bestandteil eines Vault-Organells. Den Ergebnissen zufolge bleibt das auf diese Weise in den TimeVaults gespeicherte Transkriptom über bis zu sieben Tage lang in lebenden Zellen stabil – ohne die Zellen dabei wesentlich zu beeinträchtigen. So gelang es den Forschenden nicht nur, vorübergehende Stressreaktionen zu erfassen. Sie identifizierten mithilfe der TimeVaults außerdem, welche Änderungen in der Genexpression zur Persistenz mancher Lungenkrebszellen gegenüber EGFR-Inhibitoren beitragen.

Chen und sein Team haben somit ein System entwickelt, das vergangene mit gegenwärtigen Zuständen einer Zelle verknüpfen und völlig neue Einblicke in die Zelldynamik bieten kann. Noch befindet sich die genetische Zeitkapsel natürlich in den Anfängen. Doch die Wissenschaftler arbeiten bereits daran, die TimeVaults weiterzuentwickeln. Ihr Ziel ist es, die gesamte Genexpression einer Zelle abzuspeichern und auszulesen. Außerdem wollen sie das System für die Anwendung in Mausmodellen optimieren.

(mkl/BIERMANN)