A kutatók egysejtű szekvenálási technológiákat kutatnak, hogy megértsék az autoimmun betegségek molekuláris mechanizmusait

A kutatók egysejtű szekvenálási technológiákat kutatnak, hogy megértsék az autoimmun betegségek molekuláris mechanizmusait

Egy nemrég megjelent recenzió a Journal of Autoimmunity az egysejtű ribonukleinsav szekvenálás (scRNA-seq) alkalmazásait tárgyalta az autoimmun betegségek megértésében.

Az áttekintés átfogóan kiterjedt az scRNA-seq-ben használt elvekre, eljárásokra és szekvenálási platformokra, és megvizsgálta azok használatát kilenc szisztémás és 32 szervspecifikus autoimmun és autoinflammatorikus betegség mechanizmusának megértésére.

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

háttér

Az autoimmun betegségek (AID-k) összetett jelenségek, amelyek különböző sejttípusokat érintenek. A betegségek akkor alakulnak ki, ha a szervezet immunrendszere nem ismeri fel sejtjeit és összetevőit, és immunválaszt vált ki ellenük. Az autoimmun betegségeket nagy vonalakban szervspecifikus és nem szervspecifikus AID-re osztják.

A kutatások azt sugallják, hogy az AID a B- és T-sejtek csökkent vagy hiányzó toleranciájával, és a humán leukocita antigén helyek általában az AID-re való fokozott érzékenységgel járnak. Míg a tanulmányok feltárták egyes AIDS-ek genetikai és immunológiai mechanizmusait, a legtöbb AIDS patogenezise és molekuláris vagy környezeti okai továbbra is tisztázatlanok.

Ezenkívül számos immunmoduláló gyógyszer mellékhatásokhoz, például rosszindulatú daganatokhoz és fertőzésekhez vezet, és a betegek sejtjeinek és szöveteinek heterogenitása néha nem vezet az egészség javulásához. Az AID patogén molekuláris mechanizmusainak jobb megértésével scRNA-seq segítségével személyre szabott és hatékonyabb kezelési lehetőségeket lehet kidolgozni.

A felülvizsgálat céljai

Jelen áttekintés célja az scRNA-seq alapelveinek ismertetése, valamint az alkalmazott módszerek és szekvenálási platformok megvitatása volt. A szerzők megvitatták az scRNA-seq alkalmazásait is kilenc nem szervspecifikus és 32 szervspecifikus betegség megértésére.

Az áttekintés egysejtű szekvenálási technológiák, valamint többdimenziós és multimolekuláris elemzési megközelítések kombinációját is feltárta az AID molekuláris mechanizmusainak tanulmányozására, amely alapot biztosítana az autoinflammatorikus és autoimmun betegségek patogenezisének és molekuláris markereinek tanulmányozására a jövőben.

Az scRNA-seq csővezeték

Az áttekintés az scRNA-seq folyamat különböző lépéseit ismertette. A folyamat az életképes egyedi sejtek befogására szolgáló módszerekkel kezdődik, mint például: B. sorozathígítás és fluoreszcenciával aktivált sejtválogatás. Az scRNA-seq-ben az AID-hez használt szövetek elsősorban vérből vagy perifériás vérsejtekből vagy beteg májból, ízületi folyadékból, veséből vagy bélszövetből származnak.

Miután az életképes egyedi sejteket elválasztották, a teljes transzkriptomot reverz transzkripcióval amplifikálják, hogy az RNS-ből komplementer dezoxiribonukleinsavat (cDNS) kapjanak. A cDNS-t in vitro transzkripcióval, homopolimer farok hozzáadásával vagy templátváltó mechanizmussal amplifikálják.

A sejtklasztereket ezután markergénekkel annotáljuk, és a klasztereket a sejtösszetétel alapján elemezzük. A pályakövetkeztetést az átmeneti állapotok és a sejtek biológiai funkcióinak aszinkron változásainak megértésére használják. A sejtek heterogenitását differenciális génexpressziós analízissel is értékeljük. A további értékelések közé tartozik a génkészletek elemzése és a génszabályozó hálózatokra való következtetés.

Különféle szekvenálási platformok állnak rendelkezésre. A platform kiválasztása olyan tényezőktől függ, mint a minták elérhetősége, az elemzendő minták száma, a költségvetés, valamint az eredmények szükséges érzékenysége és felbontása. Az scRNA-seq adatok előfeldolgozása magában foglalja a minőség-ellenőrzést, a kötegelt hatások korrekcióját és az adatok normalizálását, majd az olyan downstream elemzéseket, mint a sejtklaszterezés, a pálya és a génkészlet elemzése.

Szisztémás AID és scRNS-seq

Az áttekintés átfogó jelentést nyújtott az scRNA-seq használatáról a következő szisztémás AID-k megértéséhez: rheumatoid arthritis, szisztémás lupus erythematosus, lupus nephritis, primer Sjögren-szindróma, Kawasaki-kór, szisztémás szklerózis, makrofág aktivációs szindróma, multiszisztémás gyulladásos szindróma gyermekeknél és Behcet-kór. A szerzők megvitatták ennek a szisztémás AID-nek az immunmikrokörnyezet jelenlegi megértését, az új patogén immunsejteket, a transzkripciós aláírásokat, a molekuláris heterogenitást és a genetikai variációt, amely a scRNS-seq-en alapul, és más spatiotemporális transzkriptomikai technikákkal kombinálva.

A szerzők a szervspecifikus AIDS-ek széles körére is kiterjedtek, beleértve a bőrbetegségeket is; A szem, a máj, a hasnyálmirigy, az epehólyag, az izmok, az ízületek és a csontok betegségei; valamint a légzőszervi, idegrendszeri, gyomor-bélrendszeri, húgyúti, reproduktív és keringési rendszer autoimmun betegségei.

Megvitatták az scRNA-seq használatát a bőrbetegségek, például a vitiligo, az atópiás dermatitisz, a pikkelysömör stb. mechanizmusainak megértéséhez. A jelen áttekintésben tárgyalt idegrendszeri betegségek a sclerosis multiplex, a neuromyelitis optica spektrumzavar és a myasthenia gravis. Az autoimmun légúti betegségek közé tartozik az idiopátiás tüdőfibrózis és az anti-MDA5 antitestekkel összefüggő, gyorsan progresszív intersticiális tüdőbetegség is.

Ez a részletes áttekintés a látóideg-betegségekre is kiterjedt, mint például a Graves-kór és a zöldhályog, az autoimmun szív- és érrendszeri betegségek, beleértve az autoimmun szívizomgyulladást; valamint máj- és epehólyag-AIID-k, például autoimmun hepatitis és primer szklerotizáló cholangitis.

Az áttekintésben szóba került az I-es típusú diabetes mellitus, a gyulladásos bélbetegség, a csont- és izombetegségek, például az anti-szintetáz antitest szindróma, valamint a vese autoimmun betegségek, például az intersticiális cystitis, az immunglobulin A nephropathia és a végstádiumú vesebetegség mechanizmusainak scRNA-seq alapú megértése. Szóba került az endometriózis és az autoimmun betegségek miatti visszatérő vetélés is.

Következtetések

Összességében az áttekintés átfogó megértést nyújtott az scRNA-seq csővezetékről, az egysejtű izolálási módszerektől a szekvenciaadatok downstream elemzéséig. A szerzők széleskörű információkkal szolgáltak a különböző szisztémás és szervspecifikus autoimmun és autoinflammatorikus betegségek jelenlegi ismereteiről scRNA-seq technikák alapján.

Referencia:

• 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

.