Zellschicksalen auf der Spur

Die Verfeinerung eines Verfahrens hilft Wissenschaftlern seltene Zelltypen zu isolieren und zu analysieren. Die Aktivitätsmuster der Gene in einzelnen Zellen wurden am Beispiel einer zentralen Zelle in der weiblichen Blütenanlage aufgeklärt.

Mit dem Ziel seltene und schwer zugängliche Zellen zu analysieren, verfeinerten Wissenschaftler die Methode der lasergestützten Mikrodissektion. Es gelang ihnen diese Methode mit einer RNA Sequenzierung von kleinsten RNA Mengen (zwischen 0,3 und 1,0 Nanogramm) zu koppeln. Voraussetzung war, dass gezielt bestimmte Zelltypen extrahiert werden konnten, um spezifisch deren RNA zu analysieren. Es wurden ca. 450 Zellen aus dem Zentrum der weiblichen Blütenanlage der Modellpflanze Arabidopsis thaliana isoliert. Da selbst in diesem Zellpool zu wenig RNA für eine direkte Sequenzierung vorlag, wurde diese zuvor über eine sogenannte cDNA-Synthese vermehrt. Die Laser-Mikrodissektion ist eine Mikroskopiertechnik, bei der automatisiert mittels eines Laserstrahls bestimmte Zellen zur näheren Untersuchung extrahieren werden können. Durch die RNA-Sequenzierung wird für diesen Zelltyp ein RNA-Profil erstellt. Das Profil gibt Hinweise auf die Genaktivität im untersuchten Zelltyp zu einem definierten Entwicklungsstadium der Pflanzenzelle. Diese räumliche und zeitliche Auflösung ist Voraussetzung dafür, die Entwicklung komplexer Organismen, wie Pflanzen, zu verstehen. 

#####bildbox1#####

Die Grundlage für multizelluläre Organismen ist die Spezialisierung der Zellen. Durch diese Arbeitsteilung im Organismus „konzentrieren“ sich Zellen auf eine bestimmte Funktion. Welche Gene aus dem Erbgut im jeweiligen Entwicklungsstadium in einem bestimmten Zelltyp ausgeprägt werden, hängt von vielen Faktoren ab. Der Vorgang der zwischen der genetischen Ausstattung und der tatsächlichen Aktivität der Gene steht wird Transkription genannt. Dies erfolgt durch Genexpression. Diese steuert die Umwandlung von DNA in RNA und bestimmt somit die Merkmale eines Organismus.

Im Gegensatz zu bisherigen Studien, welche Genexpressionsanalysen mittels DNA Chips nutzten, konnten durch die Kombination von gezielter Zellisolation und RNA Sequenzierung doppelt so viele aktive Gene nachgewiesen werden. Damit wird den Forschern eine deutlich sensitivere Technik an die Hand gegeben und übersteigt alle bisherigen Möglichkeiten. Die verfeinerte Technik erlaubt völlig neue Einblicke in zelluläre Entwicklungsprozesse bei Pflanzen. Aber nicht nur die Sensitivität wurde gesteigert. Vielmehr wurden auch Aktivitätsmuster von intergenischen Bereichen, den Introns nachgewiesen. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass Transkriptome von Pflanzen analysiert werden können, für die noch keine Referenzsequenzen vorliegen. Damit ist diese Technik für die Analyse von vielen Nutzpflanzen von Bedeutung.