Forskere utforsker enkeltcellesekvenseringsteknologier for å forstå molekylære mekanismer for autoimmune sykdommer

Forskere utforsker enkeltcellesekvenseringsteknologier for å forstå molekylære mekanismer for autoimmune sykdommer

En nylig publisert anmeldelse i Journal of Autoimmunity diskuterte anvendelsene av encellet ribonukleinsyresekvensering (scRNA-seq) for å forstå autoimmune sykdommer.

Gjennomgangen dekket omfattende prinsippene, prosedyrene og sekvenseringsplattformene brukt i scRNA-seq og undersøkte bruken av dem for å forstå mekanismene til ni systemiske og 32 organspesifikke autoimmune og autoinflammatoriske sykdommer.

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

bakgrunn

Autoimmune sykdommer (AIDS) er et komplekst fenomen som involverer ulike celletyper. Sykdommene oppstår når kroppens immunsystem ikke gjenkjenner cellene og komponentene og utløser en immunrespons mot dem. Autoimmune sykdommer er grovt delt inn i organspesifikk og ikke-organspesifikk AID.

Forskning tyder på at AID er assosiert med redusert eller manglende toleranse for B- og T-celler og at humane leukocyttantigensteder generelt er assosiert med økt mottakelighet for AID. Mens studier har avdekket de genetiske og immunologiske mekanismene til noen AIDS, er patogenesen og molekylære eller miljømessige årsaker til de fleste AIDS fortsatt uklare.

I tillegg fører mange immunmodulerende legemidler til bivirkninger som maligniteter og infeksjoner, og heterogeniteten til celler og vev hos pasienter fører noen ganger ikke til helseforbedring. Ved å bedre forstå de patogene molekylære mekanismene til AID ved bruk av scRNA-seq, kan skreddersydde og mer effektive behandlingsalternativer utvikles.

Mål for anmeldelsen

Målet med denne gjennomgangen var å beskrive de grunnleggende prinsippene for scRNA-seq og å diskutere metodene og sekvenseringsplattformene som ble brukt. Forfatterne diskuterte også anvendelsene av scRNA-seq for å forstå ni ikke-organspesifikke og 32 organspesifikke sykdommer.

Gjennomgangen utforsket også en kombinasjon av enkeltcellesekvenseringsteknologier og multidimensjonale og multimolekylære analysetilnærminger for å studere de molekylære mekanismene til AID, som ville gi grunnlag for å studere patogenesen og molekylære markører for autoinflammatoriske og autoimmune sykdommer i fremtiden.

scRNA-seq-rørledningen

Oversikten beskrev de forskjellige trinnene i scRNA-seq-prosessen. Prosessen begynner med metoder for å fange levedyktige enkeltceller, som: B. seriefortynning og fluorescensaktivert cellesortering. Vevene som brukes i scRNA-seq for AID er primært fra blod eller perifere blodceller eller syke lever, leddvæske, nyre eller tarmvev.

Når levedyktige enkeltceller er separert, blir hele transkriptomet amplifisert ved revers transkripsjon for å oppnå komplementær deoksyribonukleinsyre (cDNA) fra RNA. cDNA blir amplifisert ved in vitro-transkripsjon, tilsetning av en homopolymerhale eller en malbyttemekanisme.

Celleklynger blir så kommentert ved hjelp av markørgener og klynger analyseres basert på cellesammensetning. Baneslutning brukes til å forstå overgangstilstander og asynkrone endringer i den biologiske funksjonen til celler. Celleheterogenitet vurderes også ved differensiell genekspresjonsanalyse. Ytterligere evalueringer inkluderer analyse av gensett og inferens av genregulatoriske nettverk.

Ulike sekvenseringsplattformer er nå tilgjengelige. Valget av plattform avhenger av faktorer som prøvetilgjengelighet, antall prøver som skal analyseres, budsjett og nødvendig sensitivitet og oppløsning av resultatene. Forbehandling av scRNA-seq-data inkluderer kvalitetskontroll, batcheffektkorreksjon og datanormalisering, etterfulgt av nedstrømsanalyser som cellegruppering og bane- og gensettanalyser.

Systemisk AID og scRNA-seq

Gjennomgangen ga en omfattende rapport om bruken av scRNA-seq for å forstå følgende systemiske AIDS: revmatoid artritt, systemisk lupus erythematosus, lupus nefritis, primær Sjögrens syndrom, Kawasaki sykdom, systemisk sklerose, makrofagaktiveringssyndrom, multisystem inflammatorisk barns sykdom og Besyndrom. Forfatterne diskuterte den nåværende forståelsen av immunmikromiljøet, nye patogene immunceller, transkripsjonelle signaturer, molekylær heterogenitet og genetisk variasjon av denne systemiske AIDen basert på scRNA-seq i kombinasjon med andre spatiotemporale transkriptomiske teknikker.

Forfatterne dekket også et bredt spekter av organspesifikke AIDS, inkludert hudsykdommer; Sykdommer i øyne, lever, bukspyttkjertel, galleblæren, muskler, ledd og bein; og autoimmune sykdommer i luftveiene, nervesystemet, mage-tarmkanalen, urinveiene, reproduksjonssystemet og sirkulasjonssystemet.

De diskuterte bruken av scRNA-seq for å forstå mekanismene til hudsykdommer som vitiligo, atopisk dermatitt, psoriasis osv. Nevronsykdommene som er omtalt i denne oversikten er multippel sklerose, neuromyelitt optica spectrum disorder og myasthenia gravis. Autoimmune luftveissykdommer inkluderer også idiopatisk lungefibrose og raskt progressiv interstitiell lungesykdom assosiert med anti-MDA5-antistoffer.

Også dekket i denne detaljerte gjennomgangen var optiske nervesykdommer som Graves sykdom og glaukom, autoimmune kardiovaskulære sykdommer inkludert autoimmun myokarditt; og lever- og galleblære-AIDS, som autoimmun hepatitt og primær skleroserende kolangitt.

scRNA-seq-basert forståelse av mekanismene for type I diabetes mellitus, inflammatorisk tarmsykdom, bein- og muskelsykdommer som anti-syntetase-antistoffsyndrom og nyreautoimmune sykdommer som interstitiell cystitt, immunglobulin A nefropati og nyresykdom i sluttstadiet ble dekket i gjennomgangen. Endometriose og tilbakevendende spontanaborter på grunn av autoimmune sykdommer ble også diskutert.

Konklusjoner

Totalt sett ga gjennomgangen en omfattende forståelse av scRNA-seq-rørledningen, fra enkeltcelleisolasjonsmetoder til nedstrømsanalyse av sekvensdata. Forfatterne ga omfattende informasjon om den nåværende forståelsen av ulike systemiske og organspesifikke autoimmune og autoinflammatoriske sykdommer basert på scRNA-seq-teknikker.

Referanse:

• 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

.