Onderzoekers onderzoeken single-cell sequencing-technologieën om de moleculaire mechanismen van auto-immuunziekten te begrijpen

Onderzoekers onderzoeken single-cell sequencing-technologieën om de moleculaire mechanismen van auto-immuunziekten te begrijpen

Een onlangs gepubliceerde recensie in de Tijdschrift voor auto-immuniteit besprak de toepassingen van single-cell ribonucleïnezuursequencing (scRNA-seq) voor het begrijpen van auto-immuunziekten.

De review omvatte uitgebreid de principes, procedures en sequencingplatforms die worden gebruikt in scRNA-seq en onderzocht hun gebruik om de mechanismen van negen systemische en 32 orgaanspecifieke auto-immuun- en auto-inflammatoire ziekten te begrijpen.

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

achtergrond

Auto-immuunziekten (AID's) zijn een complex fenomeen waarbij verschillende celtypen betrokken zijn. De ziekten ontstaan ​​wanneer het immuunsysteem van het lichaam zijn cellen en componenten niet herkent en er een immuunreactie tegen uitlokt. Auto-immuunziekten worden grofweg onderverdeeld in orgaanspecifieke en niet-orgaanspecifieke AID.

Uit onderzoek blijkt dat AID geassocieerd is met verminderde of afwezige tolerantie voor B- en T-cellen en dat menselijke leukocytantigeenplaatsen in het algemeen geassocieerd zijn met een verhoogde gevoeligheid voor AID. Hoewel studies de genetische en immunologische mechanismen van sommige AID's hebben ontrafeld, blijven de pathogenese en moleculaire of omgevingsoorzaken van de meeste AID's onduidelijk.

Bovendien leiden veel immunomodulerende geneesmiddelen tot bijwerkingen zoals maligniteiten en infecties, en leidt de heterogeniteit van cellen en weefsels bij patiënten soms niet tot verbetering van de gezondheid. Door de pathogene moleculaire mechanismen van AID beter te begrijpen met behulp van scRNA-seq, kunnen op maat gemaakte en effectievere behandelingsopties worden ontwikkeld.

Doelstellingen van de beoordeling

Het doel van de huidige review was om de basisprincipes van scRNA-seq te beschrijven en de gebruikte methoden en sequencingplatforms te bespreken. De auteurs bespraken ook de toepassingen van scRNA-seq om negen niet-orgaanspecifieke en 32 orgaanspecifieke ziekten te begrijpen.

De review onderzocht ook een combinatie van single-cell sequencing-technologieën en multidimensionale en multimoleculaire analysebenaderingen om de moleculaire mechanismen van AID te bestuderen, die een basis zouden bieden voor het bestuderen van de pathogenese en moleculaire markers van auto-inflammatoire en auto-immuunziekten in de toekomst.

De scRNA-seq-pijplijn

Het overzicht beschreef de verschillende stappen van het scRNA-seq-proces. Het proces begint met methoden om levensvatbare afzonderlijke cellen te vangen, zoals: B. seriële verdunning en fluorescentie-geactiveerde celsortering. De weefsels die in scRNA-seq voor AID worden gebruikt, zijn voornamelijk afkomstig van bloed of perifere bloedcellen of zieke lever, gewrichtsvloeistof, nier- of darmweefsel.

Zodra levensvatbare afzonderlijke cellen zijn gescheiden, wordt het gehele transcriptoom geamplificeerd door omgekeerde transcriptie om complementair deoxyribonucleïnezuur (cDNA) uit RNA te verkrijgen. Het cDNA wordt geamplificeerd door in vitro transcriptie, de toevoeging van een homopolymeerstaart of een matrijswisselmechanisme.

Celclusters worden vervolgens geannoteerd met behulp van markergenen en de clusters worden geanalyseerd op basis van celsamenstelling. Trajectinferentie wordt gebruikt om overgangstoestanden en asynchrone veranderingen in de biologische functie van cellen te begrijpen. Celheterogeniteit wordt ook beoordeeld door differentiële genexpressieanalyse. Verdere evaluaties omvatten analyse van genensets en gevolgtrekking van genregulerende netwerken.

Er zijn nu verschillende sequencingplatforms beschikbaar. De keuze van het platform hangt af van factoren zoals de beschikbaarheid van monsters, het aantal te analyseren monsters, het budget en de vereiste gevoeligheid en resolutie van de resultaten. De voorverwerking van scRNA-seq-gegevens omvat kwaliteitscontrole, correctie van batcheffecten en gegevensnormalisatie, gevolgd door stroomafwaartse analyses zoals celclustering en traject- en genensetanalyses.

Systemische AID en scRNA-seq

De review leverde een uitgebreid rapport op over het gebruik van scRNA-seq om de volgende systemische AID's te begrijpen: reumatoïde artritis, systemische lupus erythematosus, lupus nefritis, primair syndroom van Sjögren, ziekte van Kawasaki, systemische sclerose, macrofaagactivatiesyndroom, multisysteemontstekingssyndroom bij kinderen en de ziekte van Behcet. De auteurs bespraken het huidige begrip van de micro-omgeving van het immuunsysteem, nieuwe pathogene immuuncellen, transcriptionele handtekeningen, moleculaire heterogeniteit en genetische variatie van deze systemische AID op basis van scRNA-seq in combinatie met andere spatiotemporele transcriptomische technieken.

De auteurs behandelden ook een breed scala aan orgaanspecifieke AID's, waaronder huidziekten; Ziekten van de ogen, lever, pancreas, galblaas, spieren, gewrichten en botten; en auto-immuunziekten van de ademhalings-, zenuw-, gastro-intestinale, urineweg-, voortplantings- en bloedsomloopsystemen.

Ze bespraken het gebruik van scRNA-seq om de mechanismen van huidziekten zoals vitiligo, atopische dermatitis, psoriasis, enz. te begrijpen. De neuronale ziekten die in deze review worden besproken zijn multiple sclerose, neuromyelitis optica spectrumstoornis en myasthenia gravis. Auto-immuunziekten van de luchtwegen omvatten ook idiopathische longfibrose en snel progressieve interstitiële longziekte geassocieerd met anti-MDA5-antilichamen.

In dit gedetailleerde overzicht kwamen ook oogzenuwziekten aan bod, zoals de ziekte van Graves en glaucoom, auto-immuun-hart- en vaatziekten, waaronder auto-immuunmyocarditis; en lever- en galblaas-AID's, zoals auto-immuunhepatitis en primaire scleroserende cholangitis.

scRNA-seq-gebaseerd begrip van de mechanismen van diabetes mellitus type I, inflammatoire darmziekten, bot- en spierziekten zoals het anti-synthetase-antilichaamsyndroom en auto-immuunziekten van de nieren zoals interstitiële cystitis, immunoglobuline A-nefropathie en nierziekte in het eindstadium kwamen aan bod in de review. Endometriose en herhaalde miskramen als gevolg van auto-immuunziekten kwamen ook aan bod.

Conclusies

Over het geheel genomen bood de review een uitgebreid inzicht in de scRNA-seq-pijplijn, van isolatiemethoden voor één cel tot stroomafwaartse analyse van sequentiegegevens. De auteurs hebben uitgebreide informatie verstrekt over het huidige begrip van verschillende systemische en orgaanspecifieke auto-immuun- en auto-inflammatoire ziekten op basis van scRNA-seq-technieken.

Referentie:

• 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

.