Cercetătorii explorează tehnologii de secvențiere unicelulare pentru a înțelege mecanismele moleculare ale bolilor autoimune

Cercetătorii explorează tehnologii de secvențiere unicelulare pentru a înțelege mecanismele moleculare ale bolilor autoimune

O recenzie publicată recent în Journal of Autoimmunity a discutat despre aplicațiile secvențierii acidului ribonucleic unicelular (scRNA-seq) pentru înțelegerea bolilor autoimune.

Revizuirea a acoperit în mod cuprinzător principiile, procedurile și platformele de secvențiere utilizate în scRNA-seq și a examinat utilizarea acestora pentru a înțelege mecanismele a nouă boli sistemice și a 32 de boli autoimune și autoinflamatorii specifice organelor.

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

fundal

Bolile autoimune (SIDA) sunt un fenomen complex care implică diferite tipuri de celule. Bolile apar atunci când sistemul imunitar al organismului nu își recunoaște celulele și componentele și declanșează un răspuns imun împotriva lor. Bolile autoimune sunt împărțite pe scară largă în AID specifice organelor și nespecifice a organelor.

Cercetările sugerează că AID este asociat cu toleranța redusă sau absentă a celulelor B și T și că situsurile antigenului leucocitar uman în general sunt asociate cu o susceptibilitate crescută la AID. În timp ce studiile au dezvăluit mecanismele genetice și imunologice ale unor SIDA, patogeneza și cauzele moleculare sau de mediu ale majorității SIDA rămân neclare.

În plus, multe medicamente imunomodulatoare duc la reacții adverse precum afecțiuni maligne și infecții, iar eterogenitatea celulelor și țesuturilor la pacienți uneori nu duce la îmbunătățirea sănătății. Prin o mai bună înțelegere a mecanismelor moleculare patogenice ale AID folosind scRNA-seq, pot fi dezvoltate opțiuni de tratament adaptate și mai eficiente.

Obiectivele revizuirii

Scopul prezentei revizuiri a fost de a descrie principiile de bază ale scRNA-seq și de a discuta metodele și platformele de secvențiere utilizate. Autorii au discutat, de asemenea, aplicațiile scRNA-seq pentru a înțelege nouă boli non-specifice de organe și 32 de boli specifice organelor.

Revizuirea a explorat, de asemenea, o combinație de tehnologii de secvențiere cu o singură celulă și abordări de analiză multidimensională și multimoleculară pentru a studia mecanismele moleculare ale AID, care ar oferi o bază pentru studierea patogenezei și a markerilor moleculari ai bolilor autoinflamatorii și autoimune în viitor.

Conducta scRNA-seq

Prezentare generală a descris diferitele etape ale procesului scRNA-seq. Procesul începe cu metode de captare a celulelor individuale viabile, cum ar fi: B. diluarea în serie și sortarea celulelor activate prin fluorescență. Țesuturile utilizate în scRNA-seq pentru AID sunt în principal din sânge sau celule sanguine periferice sau din ficat bolnav, lichid sinovial, rinichi sau țesut intestinal.

Odată ce celulele individuale viabile sunt separate, întregul transcriptom este amplificat prin transcripție inversă pentru a obține acid dezoxiribonucleic complementar (ADNc) din ARN. ADNc-ul este amplificat prin transcripție in vitro, adăugarea unei cozi de homopolimer sau un mecanism de comutare a șablonului.

Grupurile de celule sunt apoi adnotate folosind gene marker și clusterele sunt analizate pe baza compoziției celulare. Inferența traiectoriei este utilizată pentru a înțelege stările de tranziție și schimbările asincrone ale funcției biologice a celulelor. Eterogenitatea celulelor este, de asemenea, evaluată prin analiza exprimării genice diferențiale. Evaluările ulterioare includ analiza seturilor de gene și inferența rețelelor de reglare a genelor.

Sunt disponibile acum diverse platforme de secvențiere. Alegerea platformei depinde de factori precum disponibilitatea eșantioanelor, numărul de probe care trebuie analizate, bugetul și sensibilitatea necesară și rezoluția rezultatelor. Preprocesarea datelor scRNA-seq include controlul calității, corecția efectelor lotului și normalizarea datelor, urmate de analize în aval, cum ar fi gruparea și traiectoria celulară și analizele setului de gene.

Sistemic AID și scRNA-seq

Analiza a furnizat un raport cuprinzător despre utilizarea scRNA-seq pentru a înțelege următoarele SIDA sistemice: artrita reumatoidă, lupus eritematos sistemic, nefrită lupică, sindromul Sjögren primar, boala Kawasaki, scleroza sistemică, sindromul de activare a macrofagelor, sindromul inflamator multisistemic la copii și sindromul Beh. Autorii au discutat despre înțelegerea actuală a micromediului imunitar, a celulelor imune patogene noi, a semnăturilor transcripționale, a eterogenității moleculare și a variației genetice a acestui AID sistemic bazat pe scRNA-seq în combinație cu alte tehnici transcriptomice spațiotemporale.

Autorii au acoperit, de asemenea, o gamă largă de SIDA specifice organelor, inclusiv boli de piele; Boli ale ochilor, ficatului, pancreasului, vezicii biliare, mușchilor, articulațiilor și oaselor; și boli autoimune ale sistemului respirator, nervos, gastrointestinal, urinar, reproducător și circulator.

Ei au discutat despre utilizarea scRNA-seq pentru a înțelege mecanismele bolilor de piele, cum ar fi vitiligo, dermatita atopică, psoriazis, etc. Bolile respiratorii autoimune includ, de asemenea, fibroza pulmonară idiopatică și boala pulmonară interstițială rapid progresivă asociată cu anticorpi anti-MDA5.

De asemenea, în această revizuire detaliată au fost acoperite boli ale nervului optic, cum ar fi boala Graves și glaucomul, bolile cardiovasculare autoimune, inclusiv miocardita autoimună; și SIDA hepatice și vezicii biliare, cum ar fi hepatita autoimună și colangita sclerozantă primară.

Înțelegerea bazată pe scRNA-seq a mecanismelor diabetului zaharat de tip I, bolilor inflamatorii intestinale, bolilor osoase și musculare, cum ar fi sindromul de anticorpi anti-sintetază și bolile autoimune renale, cum ar fi cistita interstițială, nefropatia imunoglobulinei A și boala renală în stadiu terminal, au fost acoperite în revizuire. Au fost discutate și endometrioza și avorturile spontane recurente din cauza bolilor autoimune.

Concluzii

În general, revizuirea a oferit o înțelegere cuprinzătoare a conductei scRNA-seq, de la metode de izolare cu o singură celulă până la analiza în aval a datelor secvenței. Autorii au oferit informații extinse despre înțelegerea actuală a diferitelor boli autoimune și autoinflamatorii sistemice și specifice organelor bazate pe tehnicile scRNA-seq.

Referinţă:

• 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

.