Naukowcy badają technologie sekwencjonowania pojedynczych komórek, aby zrozumieć molekularne mechanizmy chorób autoimmunologicznych

Naukowcy badają technologie sekwencjonowania pojedynczych komórek, aby zrozumieć molekularne mechanizmy chorób autoimmunologicznych

Niedawno opublikowana recenzja w czasopiśmie Dziennik autoimmunizacji omówili zastosowania sekwencjonowania kwasu rybonukleinowego pojedynczych komórek (scRNA-seq) do zrozumienia chorób autoimmunologicznych.

W przeglądzie kompleksowo uwzględniono zasady, procedury i platformy sekwencjonowania stosowane w scRNA-seq oraz zbadano ich zastosowanie w celu zrozumienia mechanizmów dziewięciu ogólnoustrojowych i 32 chorób autoimmunologicznych i autozapalnych specyficznych dla narządów.

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

tło

Choroby autoimmunologiczne (AID) są złożonym zjawiskiem obejmującym różne typy komórek. Choroby powstają, gdy układ odpornościowy organizmu nie rozpoznaje swoich komórek i składników i wyzwala przeciwko nim odpowiedź immunologiczną. Choroby autoimmunologiczne dzieli się ogólnie na AIDS narządowo-specyficzne i niespecyficzne dla narządu.

Badania sugerują, że AID wiąże się ze zmniejszoną lub brakiem tolerancji limfocytów B i T oraz że ogólnie miejsca występowania antygenów ludzkich leukocytów są powiązane ze zwiększoną podatnością na AID. Chociaż badania odsłoniły mechanizmy genetyczne i immunologiczne niektórych AIDS, patogeneza oraz molekularne lub środowiskowe przyczyny większości AIDS pozostają niejasne.

Ponadto wiele leków immunomodulujących prowadzi do skutków ubocznych, takich jak nowotwory złośliwe i infekcje, a niejednorodność komórek i tkanek u pacjentów czasami nie prowadzi do poprawy stanu zdrowia. Lepsze zrozumienie patogennych mechanizmów molekularnych AID przy użyciu scRNA-seq umożliwia opracowanie dostosowanych i skuteczniejszych opcji leczenia.

Cele przeglądu

Celem niniejszego przeglądu było opisanie podstawowych zasad scRNA-seq oraz omówienie stosowanych metod i platform sekwencjonowania. Autorzy omówili także zastosowania scRNA-seq do zrozumienia dziewięciu chorób niespecyficznych dla narządu i 32 chorób narządowo-specyficznych.

W przeglądzie zbadano także połączenie technologii sekwencjonowania pojedynczych komórek oraz podejść do analizy wielowymiarowej i wielocząsteczkowej w celu zbadania mechanizmów molekularnych AID, co zapewni podstawę do badania patogenezy i markerów molekularnych chorób autozapalnych i autoimmunologicznych w przyszłości.

Rurociąg scRNA-seq

W przeglądzie opisano różne etapy procesu scRNA-seq. Proces rozpoczyna się od metod wychwytywania żywych pojedynczych komórek, takich jak: B. seryjne rozcieńczanie i sortowanie komórek aktywowane fluorescencją. Tkanki stosowane w scRNA-seq w przypadku AID pochodzą głównie z krwi lub komórek krwi obwodowej lub chorej wątroby, płynu maziowego, nerek lub tkanki jelitowej.

Po rozdzieleniu żywotnych pojedynczych komórek cały transkryptom ulega amplifikacji poprzez odwrotną transkrypcję w celu uzyskania komplementarnego kwasu dezoksyrybonukleinowego (cDNA) z RNA. cDNA amplifikuje się poprzez transkrypcję in vitro, dodanie ogona homopolimerowego lub mechanizm przełączania matrycy.

Następnie klastry komórkowe są opisywane przy użyciu genów markerowych, a klastry są analizowane na podstawie składu komórek. Wnioskowanie o trajektorii służy do zrozumienia stanów przejściowych i asynchronicznych zmian w funkcji biologicznej komórek. Heterogeniczność komórek ocenia się również za pomocą analizy różnicowej ekspresji genów. Dalsze oceny obejmują analizę zestawów genów i wnioskowanie na temat sieci regulacyjnych genów.

Obecnie dostępne są różne platformy sekwencjonowania. Wybór platformy zależy od takich czynników, jak dostępność próbek, liczba próbek do analizy, budżet oraz wymagana czułość i rozdzielczość wyników. Wstępne przetwarzanie danych scRNA-seq obejmuje kontrolę jakości, korekcję efektów wsadowych i normalizację danych, a następnie dalsze analizy, takie jak grupowanie komórek oraz analizy trajektorii i zestawu genów.

Pomoc systemowa i sekwencja scRNA

Przegląd dostarczył kompleksowego raportu na temat zastosowania scRNA-seq do zrozumienia następujących ogólnoustrojowych AIDS: reumatoidalnego zapalenia stawów, tocznia rumieniowatego układowego, toczniowego zapalenia nerek, pierwotnego zespołu Sjögrena, choroby Kawasaki, twardziny układowej, zespołu aktywacji makrofagów, wieloukładowego zespołu zapalnego u dzieci i choroby Behceta. Autorzy omówili obecne zrozumienie mikrośrodowiska immunologicznego, nowych patogennych komórek odpornościowych, sygnatur transkrypcyjnych, heterogeniczności molekularnej i zmienności genetycznej tego ogólnoustrojowego AID opartego na scRNA-seq w połączeniu z innymi technikami transkryptomiki czasoprzestrzennej.

Autorzy omówili także szeroki zakres AIDS specyficznych dla narządów, w tym choroby skóry; Choroby oczu, wątroby, trzustki, pęcherzyka żółciowego, mięśni, stawów i kości; oraz choroby autoimmunologiczne układu oddechowego, nerwowego, żołądkowo-jelitowego, moczowego, rozrodczego i krążenia.

Omówili zastosowanie scRNA-seq do zrozumienia mechanizmów chorób skóry, takich jak bielactwo nabyte, atopowe zapalenie skóry, łuszczyca itp. Choroby neuronalne omówione w tym przeglądzie to stwardnienie rozsiane, zaburzenia ze spektrum zapalenia nerwu i rdzenia wzrokowego oraz miastenia. Autoimmunologiczne choroby układu oddechowego obejmują także idiopatyczne zwłóknienie płuc i szybko postępującą śródmiąższową chorobę płuc związaną z przeciwciałami anty-MDA5.

W tym szczegółowym przeglądzie uwzględniono także choroby nerwu wzrokowego, takie jak choroba Gravesa-Basedowa i jaskra, autoimmunologiczne choroby sercowo-naczyniowe, w tym autoimmunologiczne zapalenie mięśnia sercowego; oraz środki pomocnicze wątroby i pęcherzyka żółciowego, takie jak autoimmunologiczne zapalenie wątroby i pierwotne stwardniające zapalenie dróg żółciowych.

W przeglądzie uwzględniono oparte na sekwencjach scRNA zrozumienie mechanizmów cukrzycy typu I, choroby zapalnej jelit, chorób kości i mięśni, takich jak zespół przeciwciał antysyntetazowych, oraz chorób autoimmunologicznych nerek, takich jak śródmiąższowe zapalenie pęcherza moczowego, nefropatia immunoglobuliny A i schyłkowa niewydolność nerek. Omówiono także endometriozę i poronienia nawracające w przebiegu chorób autoimmunologicznych.

Wnioski

Ogólnie rzecz biorąc, przegląd zapewnił kompleksową wiedzę na temat potoku scRNA-seq, od metod izolacji pojedynczych komórek po dalszą analizę danych sekwencji. Autorzy dostarczyli obszernych informacji na temat obecnego stanu wiedzy na temat różnych ogólnoustrojowych i narządowo specyficznych chorób autoimmunologicznych i autozapalnych w oparciu o techniki scRNA-seq.

Odniesienie:

• 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

.