Nowa technika mikroskopowa umożliwia badanie w czasie rzeczywistym kwadrupleksów G RNA w żywych komórkach, co ma wpływ na walkę ze stwardnieniem zanikowym bocznym.

Stwardnienie zanikowe boczne (ALS), powszechnie znane jako choroba Lou Gehriga i choroba Stephena Hawkinga, jest chorobą neurodegeneracyjną, która powoduje stopniową utratę kontroli nad mięśniami w ciele. Obecnie jest nieuleczalna, a przyczyna choroby jest nieznana w ponad 90% wszystkich przypadków — chociaż uważa się, że w grę wchodzą zarówno czynniki genetyczne, jak i środowiskowe.

Grupy badawcze dr Akiry Kitamury z Wydziału Zaawansowanych Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Hokkaido i prof. Jerkera Widengrena z Królewskiego Instytutu Technologii KTH w Szwecji opracowały nowatorską technikę, która jest w stanie wykryć charakterystyczną strukturę RNA w w czasie rzeczywistym w żywych komórkach. Technika, która opiera się na spektroskopii mikroskopowej fluorescencji, została opublikowana w czasopiśmie Badania kwasów nukleinowych.

Uważa się, że jednym z czynników genetycznych zaangażowanych w rozwój ALS jest specyficzna sekwencja RNA, która tworzy czteroniciową strukturę, zwaną kwadrupleksem G. Zwykle struktury te regulują ekspresję genów. Jednak mutacja w chromosomie 9 u ludzi powoduje powstawanie kwadrupleksów G, które mogą odgrywać rolę w chorobach neurodegeneracyjnych, w tym ALS”.

Dr Akira Kitamura, pierwszy autor badania

Jedną z największych przeszkód w zrozumieniu dokładnej roli kwadrupleksów G w chorobie były ograniczenia w badaniu ich powstawania i lokalizacji w żywych komórkach w czasie rzeczywistym. Grupom Kitamura i Widengren udało się opracować prostą, solidną i szeroko stosowaną technikę, która rozwiązuje istniejące problemy.

Technika śledzi barwnik cyjaninowy o nazwie Alexa Fluor 647 (AF647). Po wyznakowaniu RNA, stan migania fluorescencji barwnika zmienia się wraz z tworzeniem kwadrupleksów G RNA. Grupy przeanalizowały znakowany AF647 RNA za pomocą techniki mikroskopowej zwanej monitorowaniem TRAST (TRAnsient STate), aby wykryć mruganie fluorescencji w czasie rzeczywistym.

„Wizualnie, rozłożone w czasie zmiany intensywności fluorescencji pojawiają się jako migające”, powiedział Kitamura, opisując technikę. „W TRAST wystawiamy komórki na określony wzór zmieniającego się natężenia światła i mierzymy średnią intensywność fluorescencji emitowanej przez barwnik związany z RNA w komórkach w określonych przedziałach czasowych. Mierząc zmiany we właściwościach mrugania, możemy rozróżnić struktury RNA w komórce”.

Zespół skalibrował swój eksperyment w warunkach laboratoryjnych, określając dokładnie, jakie migotanie fluorescencji odpowiada kwadrupleksom G RNA. Na podstawie tych danych byli w stanie określić lokalizację kwadrupleksów G RNA w żywych komórkach za pomocą TRAST.

Ta praca dowodzi, że barwniki cyjaninowe mogą zapewnić czuły odczyt parametrów stanu fałdowania G-kwadrupleksów RNA w żywych komórkach, a nawet w przypadku pojedynczych komórek. To z kolei daje możliwość badania kwadrupleksów G RNA w chorobie w czasie rzeczywistym na poziomie wewnątrzkomórkowym. Można go również zastosować do badania fałdowania i nieprawidłowego fałdowania białek w komórkach.