Forskere udforsker enkeltcelle sekventeringsteknologier for at forstå molekylære mekanismer af autoimmune sygdomme

Forskere udforsker enkeltcelle sekventeringsteknologier for at forstå molekylære mekanismer af autoimmune sygdomme

En nylig offentliggjort anmeldelse i Journal of Autoimmunity diskuterede anvendelserne af enkeltcellet ribonukleinsyresekventering (scRNA-seq) til at forstå autoimmune sygdomme.

Gennemgangen dækkede omfattende principperne, procedurerne og sekventeringsplatformene, der blev brugt i scRNA-seq, og undersøgte deres brug for at forstå mekanismerne for ni systemiske og 32 organspecifikke autoimmune og autoinflammatoriske sygdomme.

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

baggrund

Autoimmune sygdomme (AIDS) er et komplekst fænomen, der involverer forskellige celletyper. Sygdommene opstår, når kroppens immunsystem ikke genkender sine celler og komponenter og udløser et immunrespons mod dem. Autoimmune sygdomme er bredt opdelt i organspecifik og ikke-organspecifik AID.

Forskning tyder på, at AID er forbundet med reduceret eller manglende tolerance af B- og T-celler, og at humane leukocytantigensteder generelt er forbundet med øget modtagelighed for AID. Mens undersøgelser har afsløret de genetiske og immunologiske mekanismer af nogle AIDS, er patogenesen og de molekylære eller miljømæssige årsager til de fleste AIDS stadig uklare.

Derudover fører mange immunmodulerende lægemidler til bivirkninger såsom maligniteter og infektioner, og heterogeniteten af ​​celler og væv hos patienter fører nogle gange ikke til helbredsforbedring. Ved bedre at forstå de patogene molekylære mekanismer af AID ved hjælp af scRNA-seq, kan skræddersyede og mere effektive behandlingsmuligheder udvikles.

Formålet med anmeldelsen

Formålet med denne gennemgang var at beskrive de grundlæggende principper for scRNA-seq og at diskutere de anvendte metoder og sekventeringsplatforme. Forfatterne diskuterede også anvendelserne af scRNA-seq til at forstå ni ikke-organspecifikke og 32 organspecifikke sygdomme.

Gennemgangen undersøgte også en kombination af enkeltcelle-sekventeringsteknologier og multidimensionelle og multimolekylære analysetilgange til at studere de molekylære mekanismer af AID, hvilket ville give et grundlag for at studere patogenesen og molekylære markører for autoinflammatoriske og autoimmune sygdomme i fremtiden.

scRNA-seq pipeline

Oversigten beskrev de forskellige trin i scRNA-seq processen. Processen begynder med metoder til at fange levedygtige enkeltceller, såsom: B. seriel fortynding og fluorescensaktiveret cellesortering. De væv, der anvendes i scRNA-seq til AID, er primært fra blod eller perifere blodceller eller syge lever, ledvæske, nyre eller tarmvæv.

Når levedygtige enkeltceller er adskilt, amplificeres hele transkriptomet ved revers transkription for at opnå komplementær deoxyribonukleinsyre (cDNA) fra RNA. cDNA'et amplificeres ved in vitro-transkription, tilføjelse af en homopolymerhale eller en skabelonskiftemekanisme.

Celleklynger annoteres derefter ved hjælp af markørgener, og klyngerne analyseres baseret på cellesammensætning. Trajectory inferens bruges til at forstå overgangstilstande og asynkrone ændringer i cellers biologiske funktion. Celleheterogenitet vurderes også ved differentiel genekspressionsanalyse. Yderligere evalueringer omfatter analyse af gensæt og inferens af genregulatoriske netværk.

Forskellige sekventeringsplatforme er nu tilgængelige. Valget af platform afhænger af faktorer såsom prøvetilgængelighed, antal prøver, der skal analyseres, budget og påkrævet følsomhed og opløsning af resultater. Forbehandling af scRNA-seq-data omfatter kvalitetskontrol, batcheffektkorrektion og datanormalisering, efterfulgt af downstream-analyser såsom celleklynger og bane- og gensætanalyser.

Systemisk AID og scRNA-seq

Gennemgangen gav en omfattende rapport om brugen af ​​scRNA-seq til at forstå følgende systemiske AIDS: reumatoid arthritis, systemisk lupus erythematosus, lupus nefritis, primær Sjögrens syndrom, Kawasaki sygdom, systemisk sklerose, makrofagaktiveringssyndrom, multisystem inflammatorisk børnesygdom og Besyndrom. Forfatterne diskuterede den nuværende forståelse af immunmikromiljøet, nye patogene immunceller, transkriptionelle signaturer, molekylær heterogenitet og genetisk variation af denne systemiske AID baseret på scRNA-seq i kombination med andre spatiotemporale transkriptomiske teknikker.

Forfatterne dækkede også en lang række organspecifikke AIDS, herunder hudsygdomme; Sygdomme i øjne, lever, bugspytkirtel, galdeblære, muskler, led og knogler; og autoimmune sygdomme i åndedræts-, nerve-, gastrointestinale, urin-, reproduktive og kredsløbssystemer.

De diskuterede brugen af ​​scRNA-seq til at forstå mekanismerne for hudsygdomme såsom vitiligo, atopisk dermatitis, psoriasis osv. De neuronale sygdomme, der diskuteres i denne gennemgang, er multipel sklerose, neuromyelitis optica spectrum disorder og myasthenia gravis. Autoimmune luftvejssygdomme omfatter også idiopatisk lungefibrose og hurtigt fremadskridende interstitiel lungesygdom forbundet med anti-MDA5-antistoffer.

Også dækket i denne detaljerede gennemgang var optiske nervesygdomme såsom Graves' sygdom og glaukom, autoimmune kardiovaskulære sygdomme, herunder autoimmun myocarditis; og lever- og galdeblære-AIDS, såsom autoimmun hepatitis og primær skleroserende kolangitis.

scRNA-seq-baseret forståelse af mekanismerne for type I-diabetes mellitus, inflammatorisk tarmsygdom, knogle- og muskelsygdomme såsom anti-syntetase-antistofsyndrom og renale autoimmune sygdomme såsom interstitiel blærebetændelse, immunoglobulin A nefropati og nyresygdom i slutstadiet blev dækket i gennemgangen. Endometriose og tilbagevendende aborter på grund af autoimmune sygdomme blev også diskuteret.

Konklusioner

Samlet set gav gennemgangen en omfattende forståelse af scRNA-seq-pipelinen, fra enkeltcelle-isoleringsmetoder til downstream-analyse af sekvensdata. Forfatterne gav omfattende information om den nuværende forståelse af forskellige systemiske og organspecifikke autoimmune og autoinflammatoriske sygdomme baseret på scRNA-seq-teknikker.

Reference:

• 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

.