Eine bahnbrechende Mikroskopietechnik hat sich in der Molekularbiologie etabliert, die es Forschern ermöglicht, DNA zu sequenzieren und die Position von Proteinen innerhalb von Zellen zu kartieren, ohne diese zu stören. Dieses innovative Werkzeug verspricht, unser Verständnis von Chromosomen-Protein-Interaktionen in intakten Zellen zu transformieren und wertvolle Einblicke in Alterungsprozesse, Krebs und genetische Krankheiten zu bieten.
Die Technik wurde an menschlichen Zellen entwickelt und hat gezeigt, wie Veränderungen in nuklearen Proteinen die Anordnung von DNA während des Alterns beeinflussen. Durch die Verwendung von In-Situ-genomischer Sequenzierung mittels Expansionsmikroskopie wurden bedeutende Daten über Protein-Gene-Interaktionen im Zellkern bereitgestellt.
In der Alternsforschung beobachteten Wissenschaftler, dass sich mit dem Altern der Zellen die Wechselwirkungen von nuklearen Proteinen mit Chromosomen ändern, was zu einer Unterdrückung der genetischen Aktivität führt. Diese Entdeckung könnte entscheidend für die Entwicklung von Strategien zur Bekämpfung altersbedingter Krankheiten und zur Verbesserung der Zellgesundheit sein.
Ein bemerkenswerter Aspekt der Studie ist, wie dieses Werkzeug es den Forschern ermöglichte, eine seltene genetische Erkrankung, das Hutchinson-Gilford-Progerie-Syndrom, das vorzeitiges Altern verursacht, zu untersuchen. Bei betroffenen Personen stören Mutationen in Proteinen, die als Laminen bekannt sind, deren normale Positionierung und Funktion, was die Organisation von DNA und die Genexpression beeinflusst. Interessanterweise wurde ein ähnliches Muster auch bei älteren Personen ohne Progerie beobachtet, was auf gemeinsame Mechanismen im Altern und der Erkrankung hindeutet.
Diese Expansionsmikroskopie-Methode kombiniert zwei frühere Ansätze: Zuerst kennzeichnet ein Enzym DNA-Fragmente mit fluoreszierenden Markern, die dann in die DNA der Zelle integriert werden, um sie zu verfolgen. Zweitens verbessert ein Quellgel die Bildauflösung, sodass die Anordnung von Proteinen und DNA im Zellkern klarer sichtbar wird. Diese Kombination hat eine beispiellose Visualisierung von Protein-Gene-Interaktionen ermöglicht, die mit traditionellen optischen Mikroskopietechniken zuvor nur schwer zu erreichen war.
Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat großes Interesse an dieser Technik gezeigt. Ankur Sharma, ein Onkologie-Biologe am Garvan Institute of Medical Research in Sydney, Australien, bezeichnete sie als "phänomenal" und glaubt, dass sie die Krebsforschung revolutionieren könnte. Thierry Voet, ein Genetiker an der KU Leuven in Belgien, ist ebenfalls gespannt darauf, ihre Anwendung zur Untersuchung embryonaler Zellen und chromosomaler Unterschiede zu erkunden.
Trotz ihres Potenzials sieht sich die Technik Herausforderungen gegenüber, darunter die Notwendigkeit spezialisierter technischer Expertise, die ihre sofortige Einführung in Laboren einschränken könnte. Kelly Rogers, eine Expertin für fortschrittliche Mikroskopie, bleibt optimistisch und schlägt vor, dass die Protokolle im Laufe der Zeit vereinfacht werden könnten, um sie für eine größere Anzahl von Forschern zugänglich zu machen und die Fortschritte in der Zellforschung zu beschleunigen.
Dieser Fortschritt eröffnet nicht nur neue Wege in der Molekularbiologie, sondern verspricht auch, eine wertvolle Ressource zur Untersuchung komplexer Krankheiten, von genetischen Störungen bis hin zu Krebs und Altern, zu sein. Mit weiteren Studien und Verfeinerungen könnte die In-Situ-genomische Sequenzierung durch Expansionsmikroskopie zu einem Standardwerkzeug für Wissenschaftler werden, die die Geheimnisse von DNA und Proteinen in menschlichen Zellen entschlüsseln möchten.