Neue Methode zur gleichzeitigen Visualisierung von DNA und RNA

Mithilfe von Nahinfrarot-Licht und fluoreszierenden Sonden lassen sich DNA- und RNA-Moleküle gleichzeitig in einer Zelle visualisieren – und das Schicksal einer Zelle über die Zeit verfolgen.

Zelluläre Schäden können zu einer Alterung oder zum Zelltod führen. Das frühzeitige Erkennen dieser Schäden ist Grundlage für die Entwicklung therapeutischer Strategien. Um das zu erreichen, müssen zelluläre Veränderungen während des gesamten Lebenszyklus einer Zelle beobachtet werden können. Mit den derzeitigen Bildgebungsmethoden lassen sich jedoch frühe Reaktionen nicht erfassen und mehrere Schädigungen nicht unterscheiden.

Das National Institute for Materials Science (NIMS, Japan) hat in Zusammenarbeit mit der Universität Nagoya, der Universität Gifu und der Universität Adelaide (Australien) deshalb eine Methode entwickelt, mit der DNA- und RNA-Moleküle in Zellen gleichzeitig sichtbar gemacht werden können. Sie ist kürzlich in der Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlicht worden.

Abbildung des Zellschicksals über die Zeit

Die Einschränkungen bisheriger Methoden haben potenziell mehrere Konsequenzen: verzögerte Diagnosen, ein unvollständiges Verständnis des Zellschicksals nach einer Behandlung oder eine falsche Interpretation möglicher Wirkmechanismen. Das Forschungsteam um Erstautor Linawati Sutrisno verwendete Infrarot(IR)- bis Nahinfrarot(NIR)-Anregungslicht und fluoreszierende Farbstoff-Sonden (N-Heterocen-Farbstoffe), die unterschiedlich an DNA und RNA binden.

Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass sich neben anhaltenden Schäden der DNA durch die zusätzliche Visualisierung der RNA auch frühere Stadien der Zellschädigung und -alterung hochempfindlich vorhersagen lassen. Die doppelte DNA/RNA-Bildgebung ermöglicht laut den Autoren demnach eine frühzeitige Bewertung von Zellschäden und eine präzise Erkennung aller vier Stadien des Zelltods. Der Ansatz überwindet damit die Grenzen aktueller Bildgebungssysteme, indem er die Visualisierung von Zustandsübergängen einzelner Zellen ermöglicht.

Die Methode bietet außerdem neue Möglichkeiten für die nicht-toxische Diagnose lebender Zellen und Hochdurchsatz-Workflows für das Wirkstoffscreening. In zukünftigen Studien möchte das Team die Methode auch auf lebende Organismen anwenden. Ziel sei es, Techniken zur Früherkennung von Krankheiten, zur Überwachung von Zellstress und für präzise medizinische Strategien zu etablieren.

(mkl/BIERMANN)