Изследователите изследват технологии за секвениране на една клетка, за да разберат молекулярните механизми на автоимунните заболявания

Изследователите изследват технологии за секвениране на една клетка, за да разберат молекулярните механизми на автоимунните заболявания

Наскоро публикуван преглед в Journal of Autoimmunity обсъдиха приложенията на секвенирането на едноклетъчна рибонуклеинова киселина (scRNA-seq) за разбиране на автоимунните заболявания.

Прегледът обхваща изчерпателно принципите, процедурите и платформите за секвениране, използвани в scRNA-seq, и изследва тяхното използване за разбиране на механизмите на девет системни и 32 органоспецифични автоимунни и автовъзпалителни заболявания.

Lernen: Forschungsfortschritt der Einzelzell-Transkriptomsequenzierung bei Autoimmunerkrankungen und autoinflammatorischen Erkrankungen: Ein Überblick. Bildquelle: Kateryna Kon/Shutterstock

фон

Автоимунните заболявания (СПЗ) са сложен феномен, включващ различни видове клетки. Болестите възникват, когато имунната система на организма не разпознава неговите клетки и компоненти и предизвиква имунен отговор срещу тях. Автоимунните заболявания се разделят най-общо на органоспецифични и органонеспецифични AID.

Изследванията показват, че СПИН е свързано с намалена или липсваща толерантност към В и Т-клетки и че човешките левкоцитни антигенни места като цяло са свързани с повишена чувствителност към СПИН. Въпреки че проучванията са разкрили генетичните и имунологични механизми на някои СПИН, патогенезата и молекулярните или екологични причини за повечето СПИН остават неясни.

В допълнение, много имуномодулиращи лекарства водят до странични ефекти като злокачествени заболявания и инфекции, а хетерогенността на клетките и тъканите при пациентите понякога не води до подобряване на здравето. Чрез по-добро разбиране на патогенните молекулярни механизми на AID, използвайки scRNA-seq, могат да се разработят персонализирани и по-ефективни възможности за лечение.

Цели на прегледа

Целта на настоящия преглед беше да опише основните принципи на scRNA-seq и да обсъди използваните методи и платформи за секвениране. Авторите също така обсъдиха приложенията на scRNA-seq за разбиране на девет неспецифични за органите и 32 специфични за органите заболявания.

Прегледът също така проучи комбинация от технологии за секвениране на една клетка и подходи за многомерен и многомолекулен анализ за изследване на молекулярните механизми на AID, което би осигурило основа за изучаване на патогенезата и молекулярните маркери на автовъзпалителни и автоимунни заболявания в бъдеще.

Тръбопроводът scRNA-seq

Прегледът описва различните стъпки на процеса на scRNA-seq. Процесът започва с методи за улавяне на жизнеспособни единични клетки, като: B. серийно разреждане и флуоресцентно-активирано сортиране на клетки. Тъканите, използвани в scRNA-seq за AID, са основно от кръв или периферни кръвни клетки или болен черен дроб, синовиална течност, бъбречна или чревна тъкан.

След като жизнеспособните единични клетки са разделени, целият транскриптом се амплифицира чрез обратна транскрипция, за да се получи комплементарна дезоксирибонуклеинова киселина (cDNA) от РНК. cDNA се амплифицира чрез in vitro транскрипция, добавяне на хомополимерна опашка или механизъм за превключване на матрица.

След това клетъчните клъстери се анотират с помощта на маркерни гени и клъстерите се анализират въз основа на клетъчния състав. Изводът за траектория се използва за разбиране на преходни състояния и асинхронни промени в биологичната функция на клетките. Клетъчната хетерогенност също се оценява чрез диференциален анализ на генната експресия. По-нататъшните оценки включват анализ на набори от гени и извод за генни регулаторни мрежи.

Вече са налични различни платформи за секвениране. Изборът на платформа зависи от фактори като наличност на проби, брой проби за анализ, бюджет и изисквана чувствителност и резолюция на резултатите. Предварителната обработка на scRNA-seq данни включва контрол на качеството, корекция на пакетните ефекти и нормализиране на данните, последвано от анализи надолу по веригата, като клетъчно групиране и траектория и анализи на набор от гени.

Системна AID и scRNA-seq

Прегледът предостави изчерпателен доклад за използването на scRNA-seq за разбиране на следните системни СПИН: ревматоиден артрит, системен лупус еритематозус, лупусен нефрит, първичен синдром на Sjögren, болест на Kawasaki, системна склероза, синдром на активиране на макрофаги, мултисистемен възпалителен синдром при деца и болест на Behcet. Авторите обсъдиха текущото разбиране на имунната микросреда, нови патогенни имунни клетки, транскрипционни сигнатури, молекулярна хетерогенност и генетична вариация на тази системна AID, базирана на scRNA-seq в комбинация с други пространствено-времеви транскриптомични техники.

Авторите също обхващат широк спектър от органоспецифични СПИН, включително кожни заболявания; Заболявания на очите, черния дроб, панкреаса, жлъчния мехур, мускулите, ставите и костите; и автоимунни заболявания на дихателната, нервната, стомашно-чревната, пикочната, репродуктивната и кръвоносната системи.

Те обсъдиха използването на scRNA-seq за разбиране на механизмите на кожни заболявания като витилиго, атопичен дерматит, псориазис и т.н. Невронните заболявания, обсъдени в този преглед, са множествена склероза, разстройство от оптичния спектър на невромиелита и миастения гравис. Автоимунните респираторни заболявания също включват идиопатична белодробна фиброза и бързо прогресиращо интерстициално белодробно заболяване, свързано с анти-MDA5 антитела.

Също така обхванати в този подробен преглед бяха заболявания на зрителния нерв като болест на Грейвс и глаукома, автоимунни сърдечно-съдови заболявания, включително автоимунен миокардит; и СПИН на черния дроб и жлъчния мехур, като автоимунен хепатит и първичен склерозиращ холангит.

Базираното на scRNA-seq разбиране на механизмите на захарен диабет тип I, възпалително заболяване на червата, костни и мускулни заболявания като синдром на анти-синтетазни антитела и бъбречни автоимунни заболявания като интерстициален цистит, имуноглобулинова А нефропатия и краен стадий на бъбречно заболяване бяха обхванати в прегледа. Бяха обсъдени също така ендометриозата и повтарящите се спонтанни аборти поради автоимунни заболявания.

Изводи

Като цяло, прегледът предостави цялостно разбиране на тръбопровода scRNA-seq, от методите за изолиране на една клетка до анализа надолу по веригата на данни за последователности. Авторите предоставиха обширна информация за настоящото разбиране на различни системни и органоспецифични автоимунни и автовъзпалителни заболявания, базирани на scRNA-seq техники.

Справка:

• Zeng, L., Yang, K., Zhang, T., Zhu, X., Hao, W., Chen, H. & Ge, J. (2022). Forschungsfortschritt der Einzelzell-Transkriptomsequenzierung bei Autoimmunerkrankungen und autoinflammatorischen Erkrankungen: Ein Überblick. Zeitschrift für Autoimmunität. doi: https://doi.org/10.1016/j.jaut.2022.102919 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896841122001275?via%3Dihub

.