20.05.2019 - POSTECH - Pohang University of Science and Technology

Sichtbare Fresszellen

Visualisierung von Mikroglia im Hirngewebe durch Einschalten von Fluoreszenz

Bestimmte Aufgaben des Immunsystems im Gehirn werden von Zellen des Typs Mikroglia erfüllt. Mit einer eigens entwickelten Fluoreszenzsonde können Forscher aus Korea und Singapur diese Art von Fresszellen nun direkt markieren und durch Bildgebung sichtbar machen. Dies gelang in Zellkultur und im Mausmodell. Wie die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie ausführen, löst ein Mikroglia-spezifisches Genprodukt die Fluoreszenz aus und lässt die Zellen unter dem Mikroskop leuchten.

Normalerweise werden die verschiedenen Zellsorten in lebendem Gewebe mit Antikörpern markiert und dann durch bildgebende Verfahren nachgewiesen. Hierfür müssen zunächst Antikörper entwickelt werden, die zellspezifische Proteine erkennen und an sie binden. Fluoreszenzfarbstoffe färben dann wiederum die Antikörper an. Könnten Fluoreszensonden direkt an die gesuchten Zellen oder deren Komponenten binden, ließe sich die teure Antikörperproduktion vermeiden. Young-Tae Chang von der Pohang University of Science and Technology in Korea und Kollegen haben nun eine fluorogene Mikroglia-selektive Sonde entwickelt. Da ihre Fluoreszenz von der Genexpression abhängt, könnte sie sich besonders für das Studium von neuronalen Erkrankungen eignen.

Um eine geeignete Fluoreszenzsonde zu identifizieren, durchkämmten die Forscher eine Bibliothek von vielversprechenden Kandidatenmolekülen. Am deutlichsten zeigte ein fluorogenes Molekül, das die Wissenschaftler CDr20 für "Cell Designation red 20“ nannten, Mikroglia im Hirngewebe an.

Die Forscher untersuchten dann die molekulare Grundlage dieser Erkennung. Zentraler Baustein der Sonde ist eine Styroleinheit mit phenolischer Gruppe. Andere Moleküle, die diese Gruppe nicht hatten, gaben unspezifische oder gar keine Signale. Dann wollten die Forscher wissen, welche Zellkomponente die Sonde genau erkennt. Genetische Studien wiesen auf die enzymatische Aktivität eines Proteins namens Ugt1a7c als Fluoreszenzauslöser hin.

Genauere Untersuchungen ergaben dann, dass dieses Ugt1a7c-Protein die Kopplung von CDr20 mit einer Glucoronsäureeinheit katalysiert, und ohne diesen gebundenen Rest fluoresziert CDr20 nicht. Ugt1a7c ist ein Enzym aus der Ugt-Genfamilie. „Interessanterweise war von der Ugt-Genfamilie nur das Ugt1a7c-Gen in Mikroglia angereichert“, entdeckten die Autoren. Dies würde die Spezifität erklären: Mikroglia exprimieren das Enzym Ugt1a7c. Dieses Enzym fügt an die phenolische Einheit des CDr20 eine Glucuronosylgruppe an und schaltet somit die Fluoreszenz ein.

Auch im lebenden Gehirn funktionierte die Mikroglia-Fluoreszenzmarkierung mit anschließender Bildgebung. Die Forscher inkubierten einen ganzen Mausembryo mit der Sonde und beobachteten zellspezifische Fluoreszenz im Gehirn. Auch nach Injektion von CDr20 in eine Maus mit systemischer Entzündung ließen sich die Mikroglia spezifisch nachweisen. Im Gehirn übernehmen Mikroglia die Immunantwort auf´ Infektionen.

Neuronale Störungen wie Alzheimer und Schlaganfall gehen oft mit entzündlichen Prozessen einher. Mit der neuen fluorogenen Sonde hätte man jetzt einen neuen Ansatz, die Entwicklung von Mikroglia im Gehirn genauer zu beobachten.

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