Metode til at kortlægge proteinindholdet i enkelte celler kan gøre forskere klogere på blandt andet sygdom, og hvilke proteiner behandlinger skal målrettes for at kunne kurere sygdommene.
Hvis man vil forstå, hvordan et organ virker, og hvad der går galt, når det ikke virker, er man nødt til at vide, hvad der foregår på celleniveau, herunder på proteinniveau.
Problemet er dog, at organer består af mange forskellige typer af celler, så at analysere på proteinindholdet fra et organ med alle mulige celletyper vil være som at analysere på en smoothie med banan, æble og appelsin – det er ikke til at sige, hvilke proteiner der stammer fra hvilken frugt.
Det problem har forskere dog gjort noget ved og udviklet en metode til at analysere på proteinindholdet på enkeltcelleniveau.
Med metoden er det nu muligt at finde ud af, hvad der er af forskelle på de forskellige celler i et organ, og hvad der adskiller syge celler fra raske celler.
"Metoden gør os i stand til at belyse rent fundamentale biologiske aspekter af sygdomsudvikling, for eksempel ved udvikling af forskellige blodsygdomme. Vi kan nu analysere på, om sygdomssignaturen findes på proteinniveau, og vi kan derved også identificere nye behandlingsmål," forklarer en af forskerne bag udviklingen af metoden, professor Bo Porse fra Center for Kræft og Organsygdomme ved Rigshospitalet og Københavns Universitet.
Forskningen bag udviklingen af metoden er publiceret i Nature Communications.
Bedre end at analysere på mRNA
Når forskere skal analysere på proteinudtrykket i enkelte celler, har de traditionelt været nødt til at analysere på mRNA, der er de blueprints, som proteiner laves ud fra.
Det giver indsigt i, hvilke proteiner der er udtrykt inde i cellerne og i hvilke mængder.
Problemet ved at måle på mRNA og ikke direkte på proteinerne i sig selv er dog, at målinger på mRNA ikke siger noget om blandt andet nedbrydning af proteiner eller andre processer, der kan adskille mængden af mRNA fra mængden af proteiner.
"Rigtig mange processer regulerer proteiners stabilitet, så det kan godt være, at cellerne indeholder mRNA'et, men hvis proteinerne er blevet nedbrudt, er det lige meget. Der er lavet forskellige forsøg, hvor man møjsommeligt har udtaget mængden af mRNA og proteiner fra en enkelt celle og så set på sammenhængen mellem mRNA-udtrykket og proteinudtrykket. Samme forsøg er også lavet på organer, og disse forsøg viser, at der er en korrelation, men at denne korrelation ikke er perfekt. Nogle gange hænger det sammen, og mængden af proteiner følger mængden af mRNA, men andre gange går mængden af mRNA op, mens mængden af proteiner går ned," forklarer Bo Porse.
Finjusterede metode til at kunne kortlægge proteiner på enkeltcelleniveau
For at komme omkring problemet med at måle på mRNA for at sige noget om cellers proteinudtryk har Bo Porse med sine kollegaer udviklet en metode til at analysere direkte på indholdet af proteiner i enkelte celler ad gangen.
Teknologien til at analysere på proteinindholdet i prøver har eksisteret længe i form af såkaldt massespektrometri, men Bo Porse finjusterede sammen med sine kollegaer brugen af massespektrometri samt metoderne til at ekstrahere proteiner fra enkelte celler.
Derved blev de i stand til at måle på indholdet af 1.000 forskellige proteiner i 140 celler på én dag.
"Det er stadig færre celler og proteiner, end hvad man kan analysere, når man analyserer for mRNA, men vi kommer hele tiden højere op i antallet af celler og proteiner," siger Bo Porse.
Fandt forskelle i leukæmiceller
Bo Porse er ikke selv ekspert i massespektrometri, men derimod interesseret i biologien og den viden, der kommer ud af de forsøg, som man kan lave med metoden.
I artiklen i Nature Communications viser forskerne blandt andet, hvordan metoden kan bruges til at differentiere mellem kræftceller.
Til formålet benyttede forskerne en cellekultur fra en leukæmipatient.
Kræftceller kan ved leukæmi typisk opdeles i tre typer: stamcellerne, progenitorcellerne og blastcellerne.
Disse leukæmiceller har forskellige proteinudtryk afhængigt af deres stadie, og disse proteinudtryk kunne forskerne identificere for de forskellige stadier.
Det var et såkaldt ”proof of concept”.
"I artiklen viser vi, at vi kan benytte metoden til at kortlægge proteinudtrykket i enkelte celler, og siden da har vi benyttet metoden på næsten alt, som har en puls," siger Bo Porse.
Kan finde nye lægemiddelmål
Bo Porse fortæller, at der er flere interessante perspektiver i at kunne kortlægge proteinudtrykket i enkelte celler.
For det første kan forskerne nu sammenligne mRNA-udtrykket i enkelte celler med proteinudtrykket.
Det gør det muligt at kortlægge relationen mellem mRNA og protein på enkeltcelleniveau og på den måde kaste lys over helt fundamentale molekylærbiologiske aspekter af oversættelsen af information fra DNA til mRNA til protein.
For det andet kan viden om proteinudtrykket i for eksempel individuelle blodceller formentlig også bruges til at identificere nye mål for behandlinger til personer med blandt andet leukæmi.
Det samme gælder for alle mulige andre organer og sygdomme.
Her skal man forestille sig, at nogle proteiner bliver udtrykt i syge celler, men ikke i raske celler, og at det derfor vil være interessant at målrette ny medicin til netop disse proteiner.
"Metoden gør det muligt at finde nye behandlingsmål. Før man kan lave ny medicin, er man nødt til at vise, at proteinerne, som er målet for medicinen, findes i de celler, som man gerne vil ramme. Det kan man med denne metode," forklarer Bo Porse.
