Ny teknik ger viktig kunskap om hur vävnader utvecklas

Rong Fan, professor vid Yale University. Foto: Yale University.

I en ny studie publicerad i Science har forskare vid Yale University, i samarbete med forskare vid Karolinska Institutet, utvecklat en teknik som ger mycket precis information om placeringen av aktiva och inaktiva gener i en specifik vävnad. Det kan ge viktig kunskap om hur olika vävnader utvecklas och hur epigenetisk reglering bidrar till sjukdomsuppkomst.

Varje cell i vår kropp innehåller samma arvsmassa (DNA), men skillnaden i cellernas olika funktion beror på vilka gener som är aktiverade. Detta regleras av epigenetik. Under embryots utveckling gör olika epigenetiska modifieringar att vissa gener slås på medan andra slås av, vilket möjliggör bildandet av olika organ.

Dagens tekniker tillåter forskare att undersöka epigenetiska modifieringar i enskilda celler, men det har inte varit möjligt att analysera dem direkt i en vävnad med upplösning på cellnivå. Detta är ett kritiskt hinder, eftersom det finns ett starkt samband mellan hur celler är organiserade i en vävnad och hur de fungerar.

En helt ny dimension

Nu har forskare utvecklat en ny teknologi, spatialCUT&Tag, som löser detta problem och ger mycket precis information om vilka gener i ett vävnadssnitt som slås på och av samt var de är placerade. I studien fokuserade forskarna på en av de mest betydande epigenetiska förändringarna, så kallade histonmodifieringar. – Det här är första gången vi kan titta på vilka histonmodifieringar som styr genuttryck direkt i vävnaden samt hur de gör det. Det ger oss en helt ny dimension till det växande forskningsområdet spatial biologi, säger Rong Fan, professor vid Yale University och Yale School of Medicine, USA, som lett studien.

Forskarna studerade hjärnan hos möss och tittade specifikt på modifieringar av kromatin, det material som omsluter arvsmassan i våra celler och styr tillgången till den. Etiketter – ungefär som GPS-koordinater – placerades över vävnadssnittet så att forskarna kunde lokalisera var i vävnaden de epigenetiska modifieringarna i genomet fanns.

”Nu har forskare utvecklat en ny teknologi, spatialCUT&Tag, som löser detta problem och ger mycket precis information om vilka gener i ett vävnadssnitt som slås på och av samt var de är placerade. I studien fokuserade forskarna på en av de mest betydande epigenetiska förändringarna, så kallade histonmodifieringar”. Foto: Canstock, arkiv.

Brett användningsområde

Förut var det möjligt att undersöka varje cell för sig, men då förlorades all information om var cellerna befann sig och hur de kan ha interagerat med varandra. Med denna teknik får vi även information om den rumsliga placeringen. Dessutom kan vi få omfattande epigenetisk information för en specifik plats i vävnaden, vilket är en av de riktigt fantastiska aspekterna av tekniken, säger medförfattaren Gonçalo Castelo-Branco, professor vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet.

Forskarna betonar att tekniken har ett brett vetenskapligt och medicinskt användningsområde, och hoppas att den kommer att användas för att öka förståelsen för hur olika sjukdomar uppstår. – Epigenetiska läkemedel är något som kommer alltmer, så vi skulle potentiellt kunna utveckla läkemedel som riktar in sig på dessa epigenetiska mekanismer. Att ha verktygen för att förstå det epigenetiska ursprunget för olika sjukdomstillstånd kan öppna upp helt nya behandlingsmöjligheter, säger Rong Fan.

Källa: Karolinska Institutet Nyhetsartikeln är baserad på ett pressmeddelande från Yale University.

Gonçalo CasteloBranco, professor K.I. Foto: Ulf Sirborn.

Publikation:

“Spatial-CUT&Tag: Spatially Resolved Chromatin Modification Profiling at Tissue Scale and Cellular Level”. Yanxiang Deng, Marek Bartosovic, Petra Kukanja, Di Zhang, Yang Liu, Graham Su, Archibald Enninful, Zhiliang Bai, Gonçalo Castelo-Branco, Rong Fan. Science, online 10 februari 2022, doi: 10.1126/science.abg7216.

Arbetet i Gonçalo Castelo-Brancos forskargrupp har finansierats av Vetenskapsrådet, EU, Cancerfonden, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Svenska Sällskapet för Medicinsk Forskning, Ming Wai Lau Center för Reparativ Medicin och Karolinska Institutet. Rong Fan och studiens försteförfattare Yanxiang Deng vid Yale University står som uppfinnare på en patentansökan relaterad till detta arbete.