Die Bauchspeicheldrüse (Pankreas) ist das entscheidende Organ in der Entstehung von Diabetes – sie überwacht und reguliert den Blutzuckerspiegel mit einer Reihe hochspezialisierter Zellen. Die ließen sich bisher jedoch nur anhand weniger molekularer Marker unterscheiden. Hier konnten Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften einen entscheidenden Durchbruch erzielen: Mit modernsten Sequenziermethoden gelang es ihnen erstmals, die kompletten Genaktivitäten – das sogenannte Transkriptom – einzelner Pankreaszellen zu untersuchen.
Bauchspeicheldrüse in Aktion
Sie machen hungrig oder satt, senken den Blutzuckerspiegel oder sorgen dafür, dass er nach oben geschraubt wird: Die Zellen der Bauchspeicheldrüse spielen für das Essverhalten, die Verdauung und den Stoffwechsel eine entscheidende Rolle. In dem Organ bilden sie kleine Gruppen, die sogenannten Langerhans-Inseln, in denen verschiedene Spezialisten Teamarbeit leisten: Beta-Zellen produzieren Insulin, Alpha-Zellen den Gegenspieler Glucagon, andere schütten Hungerhormone oder Sattmacher aus.
Die Erforschung dieser Langehans-Inseln war bisher schwierig: Man kennt nur wenige Proteine, mit denen man die hochspezialisierten Zellarten voneinander unterscheiden kann – ihre Vielfalt lässt sich damit kaum erfassen. Hinzu kommen technische Hürden: Welche Gene bei der Entstehung von Diabetes aktiviert oder abgeschaltet werden, konnte man nur aus einer groben Mischung zehntausender Zellen auslesen – ein großes Manko bei so unterschiedlich arbeitenden Zelltypen.
Aktivität der Gene
Das konnten die beiden CeMM-Forscher Stefan Kubicek und Christoph Bock nun ändern: Ihnen gelang es erstmals, die Gesamtheit der aktiven Gene, das sogenannte Transkriptom, in 64 einzelnen Pankreaszellen zu bestimmen und daraus im Computer ihre charakteristische Genaktivität zu rekonstruieren.
Eine enorm schwieriges Unterfangen, denn dazu müssen alle RNA-Moleküle, also die Kopien der aktiven Gene, gewonnen und ihre Buchstabenreihenfolge ausgelesen werden. Deren Menge ist in einer einzelnen Zelle jedoch verschwindend gering und ihre chemische Struktur zudem extrem zerbrechlich.
Mit modernsten, hochempfindlichen Sequenziermethoden und speziellen Aufbereitungstechniken gelang es den Arbeitsgruppen von Kubicek und Bock dennoch, ein vollständiges Aktivitätsprofil der einzelnen Zellen aus den Langerhans-Inseln zu erstellen. Die gewonnen Daten liefern tiefen Einblick in die Aufgabenverteilung innerhalb der Langerhans-Inseln und etablieren ein wichtiges Werkzeug für die Aufklärung der Ursachen und Entstehung von Diabetes. Sie tragen zur Entwicklung einer personalisierten, präzisen Medizin bei – der Kernmission des CeMM.
Molekulare Marker finden
Den praktischen Nutzen ihrer Daten konnten die Wissenschaftler bereits unter Beweis stellen: Sie entdeckten weitere molekulare Marker, mit denen sich die einzelnen Zelltypen besser voneinander unterscheiden lassen und fanden verschiedene Faktoren, die für die Zellentwicklung in der Bauchspeicheldrüse verantwortlich sind. Darüber hinaus stießen sie auf entscheidende Unterschiede zwischen menschlichen Langerhans-Inseln und denen der Maus, was wiederum die Bedeutung von molekularbiologischer Forschung an menschlichen Zellen hervorhebt. (red, 21.12.2015)