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Medizin

Forscher stellen Transkriptomatlas der menschlichen Zellen vor

Freitag, 20. Mai 2022

/SciePro, stock.adobe.com

San Francisco, Cambridge/Massachusetts und Hinxton/England – Der menschliche Körper enthält weitaus mehr unterschiedliche Zelltypen als bisher angenommen. Dies zeigen die Publikationen von 4 Forschergrup­pen in Science, die auf Transkriptomanalysen einzelner Zellen beruhen, die anders als konventionelle histo­logische Methoden Aussagen zur Funktion der Zellen ermöglichen.

Mit wenigen Ausnahmen enthält jede der Billionen Zellen im menschlichen Körper das gesamte Genom in zumeist 2-facher Ausführung. Von den schätzungsweise 20.000 und 25.000 proteinkodierenden Genen werden in den verschiedenen Zellen jedoch nur die wenigsten benutzt.

Welche Gene gerade aktiv sind, kann heute durch die Sequenzierung der RNA in den einzelnen Zellen („scRNA-seq") festgestellt werden. Denn die RNA besteht zum großen Teil aus der Boten- oder Messenger-RNA. Sie bestimmt, welche Gene in den Zellen abgelesen (transkribiert) werden.

Diese Transkriptome können benutzt werden, um die einzelnen Zellen in ihrer Funktion zu unterscheiden. Dies war in der klassischen Histologie nicht möglich.

Das „Tabula Sapiens Consortium“ des Chan Zuckerberg Biohub in San Francisco, dem mehr als 160 Experten angehören, stellt jetzt einen Referenzatlas vor (Science, 2022; DOI: 10.1126/science.abl4896). Die Forscher konnten bei 15 Personen nach dem Tod Proben von 24 verschiedenen Geweben und Organen untersuchen.

Die RNA-Sequenzierung in 483.152 Zellen führte zur Charakterisierung von 475 unterschiedlichen Zelltypen. Epithelien, Endothelien, Organzellen und auch Immunzellen, die in ihrer histologischen Gestalt ähnlich waren, wiesen in ihrer Genexpression teilweise deutliche Unterschiede auf.

So haben die Endothelien, die die Blutgefäße von innen auskleiden, in Lunge, Herz, Gebärmutter, Leber, Bauchspeicheldrüse, Fett- und Muskelgewebe unterschiedliche Transkriptionssignaturen, was auf hochspezialisierte Funktionen hindeutet.

Dagegen ähnelten sich die Endothelzellen in Thymus, Gefäßsystem, Prostata und Auge einander weitgehend. In den Endothelien der Herzgefäße wird beispiels­weise das Gen SLC14A1 aktiviert, das einen Harnstofftransporter kodiert. Welche Rolle er bei der normalen Herzfunktion spielt und ob er an der Entstehung von Krankheiten beteiligt ist, steht derzeit nicht fest.

Eine andere Entdeckung ist, dass das Membranprotein CD47, das sowohl an Krebs als auch an der Entwicklung der Atherosklerose beteiligt ist, von Zelle zu Zelle stark unterschiedlich exprimiert wird. Das „Tabula Sapiens Consortium“ sieht hier einen möglichen Ansatzpunkt für die Entwicklung von neuen Medikamenten.

Die Forscher fanden auch heraus, dass das Mikrobiom im Darm nicht einheitlich ist. Je nach dem anatomischen Abschnitt gibt es, oft nur wenige Zentimeter voneinander entfernt, deutliche Unterschiede in der Zusammensetzung der Darmbakterien.

Auch das HCA-Konsortium („Human Cell Atlas“) am Broad Institute in Cambridge/Massachusetts hat einige Entdeckungen gemacht (Science, 2022; DOI: 10.1126/science.abl4290). Das Team um Aviv Regev hat die snRNA-seq-Profile von 209.126 Zellen aus 8 Gewebetypen erstellt.

Den Forschern gelang es, die Sequenzierung an archivierten Gewebeproben durchzuführen, was die Erstellung von Zellatlanten in Zukunft erleichtern könnte. Die Forscher entdeckten unter anderem, dass es in der Prostata neuroendokrine Zellen gibt und die Speiseröhre bisher nicht bekannte Neuronen enthält.

Sie fanden auch heraus, dass es 2 Gruppen von Makrophagen gibt. Die 1. erfüllt primär Abwehrfunktionen, die 2. scheint auch die Funktion der Organe zu unterstützen. In der Lunge beobachteten die Forscher Fibroblasten, die Gene exprimieren, die typischerweise in Muskelzellen aktiviert werden. Auch hier ist unklar, was dies für die Funktion der Lunge oder Krankheiten wie etwa eine Lungenfibrose bedeutet.

Die Forscher vom Wellcome Sanger Institute in Hinxton/England haben sich auf die Zellen des Immunsystems konzentriert. Ein Team um Muzlifah Hannifa hat die pränatale Entwicklung des Abwehrsystems in neun Organen untersucht (Science, 2022; DOI: 10.1126/science.abl5197). Die Forscher entdeckten unter anderem einen neuen Typ von B-Zellen und Veränderungen der T-Zellen in der pränatalen Entwicklung.

Das 2. Team um Joanne Jones hat bei 12 erwachsenen Organspendern ca. 360.000 Immunzellen untersucht (Science, 2022; DOI: 10.1126/abo0510). Die Forscher identifizierten 101 verschiedene Zellen (oder Aktivitätsstadien der Zellen), die sich mit einer CellTypist genannten Software unterscheiden lassen.

Interessanterweise scheint sich die Aktivität der Zellen zu verändern, wenn sie ihren Platz im Körper verändern. Dies war beispielsweise für einige Gedächtnis-T-Zellen nachweisbar. © rme/aerzteblatt.de

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