Die Boten-RNA im Visier – Das Nano-Argovia-Projekt «ecamist» zielt auf eine verbesserte Einzellzellanalyse

Zellen werden in einzelnen Droplets einer Wasser in Öl Emulsion vereinzelt. Anschliessend werden die Zellen lysiert und die freigesetzte Boten-RNA gereinigt (Bild: Georg Lipps, FHNW)

Das Nano-Argovia-Projekt «ecamist» hat zum Ziel, eine effektive Methode zu entwickeln, mit der sich Boten-RNA aus einzelnen Zellen aufarbeiten lässt. Das Team mit Wissenschaftlern von der Hochschule für Life Sciences der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW), dem Departement Biosysteme der ETH Zürich in Basel (D-BSSE) und der Firma Memo Therapeutics AG (Basel) möchte gegenüber bisherigen Methoden die Ausbeute und Qualität isolierter Boten-RNA verbessern. Die Information über die in einer Zelle vorhandene Boten-RNA erlaubt unter anderem Rückschlüsse auf die Entstehung von Krankheiten oder ist wichtig für die Untersuchung von Zelllinien, die beispielsweise zur Antikörper-Produktion eingesetzt werden.

Analyse der einzelnen Zellen
Um zu bestimmen, welche Gene in Zellen aktiv sind, wird heutzutage oft die Boten-RNA (mRNA von messenger RNA) analysiert. Die mRNA dient in der Zelle als Mittler zwischen der auf der DNA gespeicherten Erbinformation und der ribosomalen RNA, die für die Synthese der Proteine in den Ribosomen einer Zelle benötigt wird. Für verschiedene Fragestellungen gehen Wissenschaftler heute immer öfter dazu über, die mRNA in einzelnen Zellen zu untersuchen und nicht die Mischung einer ganzen Zellkultur zu analysieren. Gerade wenn es darum geht, die Entstehung von Krankheiten zu verstehen, bietet sich die Einzelzellanalyse an, da fehlerhafte Prozesse oft in einzelnen Zellen beginnen.

An kleine Kügelchen gebunden
In dem Nano-Argovia-Projekt «ecamist» entwickelt das Team unter Leitung von Professor Georg Lipps von der FHNW eine neue Methode, mit der die Aufarbeitung von mRNA aus einzelnen Zellen effektiver gelingen soll. Bevor die mRNA einer Zelle untersucht werden kann, muss sie zunächst von dem Zelllysat getrennt und konserviert werden. Bislang werden dazu winzige Kügelchen (Microbeads) verwendet, die mit einem kurzen DNA-Abschnitt versehen sind, an den die zu trennende mRNA aus dem Lysat binden. Diese als Hybridisierung bezeichnete Bindung beruht auf rein physikalischen Prozessen. Es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen hybridisierten und freien Bindungsstellen an den Mikrobeads ein. Im Lysat befinden sich jedoch auch immer freie mRNA-Abschnitte, welche die Probe in den nachfolgenden Schritten verunreinigen.

Auswahl des Enzyms ist entscheidend
Die Forscher um Prof. Georg Lipps und Dr. Martin Held vom D-BSSE wollen daher die hybridisierten mRNA-Abschnitte durch eine kovalente, thermisch stabilere Bindung auf der Oberfläche der Mikrobeads immobilisieren. Sie erhoffen sich dadurch eine grössere Ausbeute an gebundener m-RNA an den Mikrobeads sowie geringere Verunreinigungen und damit eine qualitativ hochwertigere mRNA-Ausbeute. Kritisch bei dem Projekt ist dabei, ein geeignetes Enzym auszuwählen, dass die kovalente Bindung an die Mikrobeads katalysiert und auch unter hohen Salz- und Detergenzkonzentrationen zuverlässig arbeitet, da diese für die Lyse der Zelle erforderlich sind. «Für Memo Therapeutics ist das Nano-Argovia-Projekt eine gute Möglichkeit, um die Einzelzellanalytik um weitere Protokolle zu erweitern und damit die Aktivitäten in der Antikörperentwicklung weiter auszubauen“, bemerkt Dr. Simone Schmitt, Senior Scientist bei Memo Therapeutics und Industriepartner im Nano-Argovia-Projekt «ecamist».