„Unsere Aufgabe ist es, die dem Alterungsprozess zugrundeliegenden zellulären Reaktionen zu erforschen und die molekularen Mechanismen zu entschlüsseln, die neurodegenerativen und neuroentwicklungsbedingten Störungen zugrunde liegen“, sagt Prof. Gökce. Um diese Ziele zu erreichen, entwickelt und integriert sein Team modernste Technologien, darunter Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq), räumliche Transkriptomik (ST), Elektronenmikroskopie und Algorithmen für maschinelles Lernen, um ein umfassendes und ganzheitliches Verständnis dieser kritischen biologischen Prozesse zu erlangen.
Räumliche Transkriptomik-korrelierte Elektronenmikroskopie bei Hirnverletzungen
Als Reaktion auf eine Verletzung verändern die Zellen des umliegenden Gewebes ihre Strukturen und ihre Genexpressionsaktivitäten. Obwohl diese beiden Parameter eng miteinander verwoben sind, wurden sie bisher aufgrund technischer Beschränkungen nur getrennt voneinander beobachtet. Prof. Gökce hat nun einen Weg gefunden, die transkriptionellen und ultrastrukturellen Reaktionen auf eine Verletzung gleichzeitig zu überwachen, indem er die räumliche Transkriptomik-korrelierte Elektronenmikroskopie verwendet. „Wir wollen mit Hilfe dieser neuen Technik besser verstehen, wie einzelne Zellen als Reaktion auf eine Verletzung sowohl ihre Struktur als auch ihre Genaktivität verändern“, sagt Prof. Gökce. Den Durchbruch hat der Neurowissenschaftler mit der Kombination von zwei bestehenden Techniken erreicht: Multiplexed Error-Robust Fluorescence In Situ Hybridization (MERFISH), das aktive Gene in jeder Zelle identifiziert, und Elektronenmikroskopie, die uns einen hochauflösenden Blick auf die Struktur einer Zelle ermöglicht. Die Ergebnisse wurden kürzlich in Nature Communications veröffentlicht.
Am Standort Bonn ist Prof. Gökce bestrebt, modernste Technologien wie die eben beschriebene Räumliche Transkriptomik-korrelierte Elektronenmikroskopie zu entwickeln und einzusetzen, um die komplexen biologischen Prozesse, die dem Altern und der Neurodegeneration zugrunde liegen, zu entschlüsseln.
Veröffentlichung
Androvic, P., Schifferer, M., Perez Anderson, K. et al. Spatial Transcriptomics-correlated Electron Microscopy maps transcriptional and ultrastructural responses to brain injury. Nat Commun 14, 4115 (2023).