Istraživači istražuju tehnologije sekvenciranja jedne stanice kako bi razumjeli molekularne mehanizme autoimunih bolesti

Istraživači istražuju tehnologije sekvenciranja jedne stanice kako bi razumjeli molekularne mehanizme autoimunih bolesti

Nedavno objavljena recenzija u Journal of Autoimmunity raspravljali o primjenama jednostaničnog sekvenciranja ribonukleinske kiseline (scRNA-seq) za razumijevanje autoimunih bolesti.

Pregled je sveobuhvatno pokrio principe, postupke i platforme sekvenciranja koje se koriste u scRNA-seq i ispitao njihovu upotrebu za razumijevanje mehanizama devet sistemskih i 32 autoimune i autoupalne bolesti specifične za organ.

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

pozadina

Autoimune bolesti (AID) složeni su fenomen koji uključuje različite tipove stanica. Bolesti nastaju kada tjelesni imunološki sustav ne prepoznaje svoje stanice i komponente i pokrene imunološki odgovor protiv njih. Autoimune bolesti općenito se dijele na organ-specifičnu i organ-nespecifičnu AID.

Istraživanja pokazuju da je AID povezan sa smanjenom ili odsutnom tolerancijom B i T stanica i da su mjesta antigena ljudskih leukocita općenito povezana s povećanom osjetljivošću na AID. Iako su studije razotkrile genetske i imunološke mehanizme nekih AID-a, patogeneza i molekularni ili okolišni uzroci većine AID-a ostaju nejasni.

Osim toga, mnogi imunomodulatorni lijekovi dovode do nuspojava poput zloćudnih bolesti i infekcija, a heterogenost stanica i tkiva kod pacijenata ponekad ne dovodi do poboljšanja zdravlja. Boljim razumijevanjem patogenih molekularnih mehanizama AID-a korištenjem scRNA-seq mogu se razviti prilagođene i učinkovitije mogućnosti liječenja.

Ciljevi pregleda

Cilj ovog pregleda bio je opisati osnovne principe scRNA-seq i raspraviti metode i platforme sekvenciranja koje se koriste. Autori su također raspravljali o primjeni scRNA-seq za razumijevanje devet bolesti koje nisu specifične za organe i 32 bolesti specifične za organe.

Pregled je također istražio kombinaciju jednostaničnih tehnologija sekvenciranja i pristupa višedimenzionalne i multimolekularne analize za proučavanje molekularnih mehanizama AID-a, što bi pružilo osnovu za proučavanje patogeneze i molekularnih markera autoupalnih i autoimunih bolesti u budućnosti.

Cjevovod scRNA-seq

U pregledu su opisani različiti koraci procesa scRNA-seq. Proces počinje metodama za hvatanje živih pojedinačnih stanica, kao što su: B. serijsko razrjeđivanje i razvrstavanje stanica aktivirano fluorescencijom. Tkiva koja se koriste u scRNA-seq za AID primarno su iz krvi ili perifernih krvnih stanica ili bolesne jetre, sinovijalne tekućine, bubrega ili crijevnog tkiva.

Nakon što su pojedinačne stanice sposobne za život odvojene, cijeli se transkriptom pojačava obrnutom transkripcijom kako bi se dobila komplementarna deoksiribonukleinska kiselina (cDNA) iz RNA. cDNA se umnožava in vitro transkripcijom, dodatkom homopolimernog repa ili mehanizmom prebacivanja predloška.

Stanični klasteri se zatim označavaju korištenjem marker gena i klasteri se analiziraju na temelju staničnog sastava. Zaključivanje putanje koristi se za razumijevanje prijelaznih stanja i asinkronih promjena u biološkoj funkciji stanica. Heterogenost stanica također se procjenjuje diferencijalnom analizom ekspresije gena. Daljnje procjene uključuju analizu skupova gena i zaključivanje mreža regulacije gena.

Sada su dostupne različite platforme za sekvenciranje. Odabir platforme ovisi o čimbenicima kao što su dostupnost uzorka, broj uzoraka za analizu, proračun i potrebna osjetljivost i rezolucija rezultata. Prethodno obrađivanje scRNA-seq podataka uključuje kontrolu kvalitete, korekciju batch učinaka i normalizaciju podataka, nakon čega slijede nizvodne analize kao što su klasteriranje stanica i analize putanje i skupa gena.

Systemic AID i scRNA-seq

Pregled je pružio opsežno izvješće o upotrebi scRNA-seq za razumijevanje sljedećih sistemskih AID-a: reumatoidni artritis, sistemski eritematozni lupus, lupusni nefritis, primarni Sjögrenov sindrom, Kawasakijeva bolest, sistemska skleroza, sindrom aktivacije makrofaga, multisistemski upalni sindrom kod djece i Behcetova bolest. Autori su raspravljali o trenutnom razumijevanju imunološkog mikrookruženja, novih patogenih imunoloških stanica, transkripcijskih potpisa, molekularne heterogenosti i genetske varijacije ovog sistemskog AID-a temeljenog na scRNA-seq u kombinaciji s drugim prostorno-vremenskim tehnikama transkriptomije.

Autori su također pokrili širok raspon AIDS-a specifičnih za organe, uključujući kožne bolesti; Bolesti očiju, jetre, gušterače, žučnog mjehura, mišića, zglobova i kostiju; i autoimune bolesti dišnog, živčanog, gastrointestinalnog, mokraćnog, reproduktivnog i krvožilnog sustava.

Razgovarali su o upotrebi scRNA-seq za razumijevanje mehanizama kožnih bolesti kao što su vitiligo, atopijski dermatitis, psorijaza, itd. Bolesti neurona o kojima se govori u ovom pregledu su multipla skleroza, poremećaj neuromijelitisa optičkog spektra i miastenija gravis. Autoimune respiratorne bolesti također uključuju idiopatsku plućnu fibrozu i brzo progresivnu intersticijsku bolest pluća povezanu s anti-MDA5 protutijelima.

U ovom detaljnom pregledu također su obuhvaćene bolesti vidnog živca kao što su Gravesova bolest i glaukom, autoimune kardiovaskularne bolesti uključujući autoimuni miokarditis; i AID jetre i žučnog mjehura, kao što je autoimuni hepatitis i primarni sklerozirajući kolangitis.

Razumijevanje mehanizama dijabetes melitusa tipa I, upalne bolesti crijeva, bolesti kostiju i mišića kao što je sindrom anti-sintetaznih protutijela i bubrežnih autoimunih bolesti kao što su intersticijski cistitis, imunoglobulinska A nefropatija i završni stadij bubrežne bolesti obuhvaćeno je pregledom temeljeno na scRNA-seq. Također se raspravljalo o endometriozi i ponovljenim pobačajima zbog autoimunih bolesti.

Zaključci

Sve u svemu, pregled je pružio sveobuhvatno razumijevanje cjevovoda scRNA-seq, od metoda izolacije jedne stanice do nizvodne analize podataka sekvenci. Autori su pružili opsežne informacije o trenutnom razumijevanju različitih sistemskih i organ-specifičnih autoimunih i autoupalnih bolesti na temelju scRNA-seq tehnika.

Referenca:

• 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

.