Stockholms universitet logo, länk till startsida

Små genreglerare kan ge svar på stora frågor

Marc Friedländers forskning om mikroRNA tar honom från den enskilda cellens universum, ut i rymden och tusentals år bakåt i tiden. Drömmen är att kunna förklara genreglering med matematik. 

Marc Friedländer. Foto: Niklas Norberg Wirtén, SciLifeLab
Marc Friedländer. Foto: Niklas Norberg Wirtén, SciLifeLab

I alla celler hos djur och växter finns tusentals små bitar av RNA, så kallade mikroRNA eller miRNA. De upptäcktes först 2001 i människor, men har en viktig uppgift – de hjälper till att reglera vilka gener som kommer till uttryck. Alla celler i en organism har samma uppsättning DNA, och det är regleringen av vilka gener som är påslagna som bestämmer om den blir en hjärncell, muskelcell eller någonting helt annat. MikroRNA är ett av många sätt att reglera gener. Dessa små bitar RNA kan göra gener inaktiva, eller dämpa aktiviteten, och de är så viktiga att en försöksmus som helt saknar mikroRNA dör redan som embryo. 

– Det finns så många obesvarade frågor om mikroRNA, exakt vad de gör och hur de gör det, säger Marc Friedländer, forskare vid Institutionen för molekylär biovetenskap Wenner-Grens institut (MBW) och SciLifeLab fellow. 

Räknar på genetisk reglering

I hans forskargrupp finns medlemmar som arbetar i labbet och de som arbetar vid datorn. Det största projektet just nu bygger på ett ERC starting grant som Marc Friedländer fick 2018. Målet är att ta reda på hur mikroRNA fungerar i en enskild cell. Standardmetoden för att mäta genaktivitet tittar på hundratusentals celler samtidigt och ger ett medelvärde, men väldigt lite information om vad som händer i den enskilda cellen. 

– Det verkar till exempel som att många gener är synkroniserade. Om gen A är aktiv i en cell så är gen B det också. Vi tror att mikroRNA hjälper till med den här synkroniseringen. Vi analyserar enskilda celler och varje cell ger oss flera gigabyte data. Vi analyserar data och försöker sedan integrera den, säger Marc Friedländer.

När forskarna slår samman data från flera celler handlar det om många terabyte med information för varje frågeställning. Det är alltså tur att han gillar matematik. En långsiktig dröm är att på djupet kunna förstå hur gener regleras, och att förklara det med en matematisk modell. Att kunna använda en ekvation för att förstå vad som händer när allt går som det ska i en cell, och vad som händer när en frisk cell till exempel blir till en cancercell.

– Jag skulle vilja förklara alla observationer vi gör med en så enkel ekvation som möjligt. Vi är definitivt inte där än, men det är en bra början om vi kan göra det i en enskild cell.  

Marc Friedländers forskarteam har i ett tidigare forskningsprojekt utvecklat programmet miRTrace. Det kan användas för att se vilken organism mikroRNA i ett prov kommer från, och därmed kontrollera att provet inte är förorenat. Foto: Niklas Norberg Wirtén, SciLifeLab
Marc Friedländers forskarteam har i ett tidigare forskningsprojekt utvecklat programmet miRTrace. Det kan användas för att se vilken organism mikroRNA i ett prov kommer från, och därmed kontrollera att provet inte är förorenat. Foto: Niklas Norberg Wirtén, SciLifeLab

Så länge finns det andra forskningsområden som vinner på kunskap om mikroRNA. Marc Friedländer samarbetar bland annat med NASA. Under ett år bodde en astronaut på den internationella rymdstationen ISS, medan hans tvillingbror befann sig på jorden. Under tiden tog de båda medicinska prover. 

– Det är en stor stress för människokroppen att befinna sig i rymden. Om vi kan förstå vad som händer på gen-nivå kanske det går att mildra negativa effekter. Vi har varit delaktiga i studien genom att studera vad som händer med astronautens mikroRNA. 

Resultaten väntas publiceras inom kort i en framstående vetenskaplig tidskrift. 

Ett annat samarbete på närmre håll är det med Centrum för paleogenetik, CPG. Forskarna vid CPG analyserar DNA från organismer som dog för tusentals år sedan. Målet kan till exempel vara att ta reda på vad som hände utdöda djurarter. Ofta är djuren som hittas när permafrost tinar häpnadsväckande välbevarade. Förutom att analysera djurens DNA går det också att titta på RNA och mikroRNA. Ju mer RNA desto mer aktiva gener, vilket kan ge ledtrådar om vad som hände strax innan djuret dog. MikroRNA är ofta specifikt för olika arter, vilket kan hjälpa till med artbestämningen eller lära oss mer om evolutionen.

– Det är väldigt spännande att se om vi hittar nya slags mikroRNA i proverna. Det här är banbrytande och många är skeptiska, men det finns faktiskt mycket bevarat RNA och mikroRNA i vissa av de väldigt gamla proverna.

SciLifeLab viktig infrastruktur för forskningen

Marc Friedländer har forskat vid Stockholms universitet och SciLifeLab i snart sex år. Han var en av de första forskare som blev SciLifeLab fellow. 

– En sådan här dubbel affiliering har varit fantastiskt. På SciLifeLab har jag skapat samarbeten med forskargrupper från andra universitet som jag jobbar väldigt nära med dagligen, det hade inte hänt annars. På min heminstitution MBW jobbar de flesta med väldigt biologiska frågor vilket har varit oerhört inspirerande. Den här kombinationen av teknologi och biologi har varit ovärderlig för min forskning, säger han. 

Marc Friedländer. Foto: Niklas Norberg Wirtén, SciLifeLab
Marc Friedländer. Foto: Niklas Norberg Wirtén, SciLifeLab

På SciLifeLab finns flera tekniska resurser som Marc Friedländer har haft användning av i sin forskning. En helt oumbärlig resurs för den nuvarande forskningen är Eukaryotic Single-Cell Genomics (ESCG), en avancerad plattform för analys av enskilda celler. 

– Om varje forskningsenhet ska ha sin egen utrustning blir det svårt att hålla sig uppdaterad med det allra senaste. Ur ett nationellt perspektiv ger en nod som SciLifeLab bättre resultat och sparar pengar. Att ha centraliserad infrastruktur på det här sättet är någonting som Sverige verkligen gör rätt, säger Marc Friedländer.

Läs mer om Marc Friedländers forskning