Eiwitproductie meten in individuele cellen

Elke cel in het lichaam herbergt ongeveer twee meter DNA. Dit DNA bevat de informatie die nodig is voor de productie van eiwitten, de belangrijkste functionele moleculen in een cel. Om eiwitten te produceren wordt het DNA eerst gekopieerd via een proces dat transcriptie wordt genoemd, wat resulteert in messenger RNA (mRNA). Dit mRNA wordt vervolgens getransleerd tot eiwitten door ribosomen, de eiwitfabrieken van de cel. Omdat translatie zo’n belangrijke stap vormt in deze stroom van informatie, is het belangrijk om te begrijpen hoe dit mechanisme wordt gereguleerd tijdens verschillende biologische processen en tussen verschillende soorten cellen.

Ribosoomprofilering

Een waardevolle bestaande techniek genaamd ribosoomprofilering kan het proces van translatie meten. Echter moeten momenteel miljoenen cellen worden verzameld om de meting uit te kunnen voeren. Dit beperkt de systemen waar ribosoomprofilering op kan worden toegepast aanzienlijk. Ook maakt deze limitatie het onwerkbaar om heel dynamische systemen en zeldzame celtypen te bestuderen.

Ribosoom profilering in individuele cellen

Door de verschillende stappen die nodig zijn om ribosoomprofilering uit te voeren direct te integreren, ontwikkelden onderzoekers uit de groep van Alexander van Oudenaarden nu een methode die ribosoomprofilering in individuele cellen mogelijk maakt. Gecombineerd met machine learning, biedt deze techniek een resolutie van een enkel codon bij genoom-brede metingen van ribosoomactiviteit in individuele cellen. Met andere woorden, dit stelt hen in staat om het translationele proces per cel te bestuderen.

Entero-endocriene cellen

Om de mogelijkheden van deze nieuwe technologie te valideren en demonstreren, bestudeerden de onderzoekers hoe de translatiedynamiek verandert tijdens verschillende fasen van de celcyclus. Ook konden de onderzoekers entero-endocriene cellen – een zeer zeldzaam celtype dat hormonen produceert en afgeeft als reactie op voedingsstoffen – in de darm van de muis profileren met hun nieuwe techniek. “We verheugen ons erop om deze techniek op andere systemen toe te passen, bijvoorbeeld om te bestuderen hoe de translationele regulatie verandert tijdens de ontwikkeling,” zegt Michael VanInsberghe, eerste auteur van de studie.

Verschillen tussen cellen

De nieuwe ribosoomprofileringsmethode biedt de eerste mogelijkheden om de bijdrage van het translationele proces aan de verbazingwekkende diversiteit tussen schijnbaar identieke cellen te bepalen.

Publicatie

Single-cell Ribo-seq reveals cell cycle-dependent translational pausing. Michael VanInsberghe, Jeroen van den Berg, Amanda Andersson-Rolf, Hans Clevers & Alexander van Oudenaarden, Nature (2021).