Forskare utforskar encellssekvenseringsteknologier för att förstå molekylära mekanismer för autoimmuna sjukdomar

Forskare utforskar encellssekvenseringsteknologier för att förstå molekylära mekanismer för autoimmuna sjukdomar

En nyligen publicerad recension i Journal of Autoimmunity diskuterade tillämpningarna av encellig ribonukleinsyrasekvensering (scRNA-seq) för att förstå autoimmuna sjukdomar.

Granskningen täckte heltäckande principerna, procedurerna och sekvenseringsplattformarna som används i scRNA-seq och undersökte deras användning för att förstå mekanismerna för nio systemiska och 32 organspecifika autoimmuna och autoinflammatoriska sjukdomar.

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

bakgrund

Autoimmuna sjukdomar (AIDS) är ett komplext fenomen som involverar olika celltyper. Sjukdomarna uppstår när kroppens immunförsvar inte känner igen sina celler och komponenter och utlöser ett immunsvar mot dem. Autoimmuna sjukdomar är grovt uppdelade i organspecifik och icke-organspecifik AID.

Forskning tyder på att AID är associerat med minskad eller frånvarande tolerans av B- och T-celler och att humana leukocytantigenplatser i allmänhet är associerade med ökad mottaglighet för AID. Medan studier har avslöjat de genetiska och immunologiska mekanismerna för vissa AIDS, är patogenesen och molekylära eller miljömässiga orsaker till de flesta AIDS fortfarande oklara.

Dessutom leder många immunmodulerande läkemedel till biverkningar som maligniteter och infektioner, och heterogeniteten hos celler och vävnader hos patienter leder ibland inte till hälsoförbättring. Genom att bättre förstå de patogena molekylära mekanismerna för AID med hjälp av scRNA-seq, kan skräddarsydda och effektivare behandlingsalternativ utvecklas.

Mål för granskningen

Syftet med denna översikt var att beskriva de grundläggande principerna för scRNA-seq och att diskutera de metoder och sekvenseringsplattformar som används. Författarna diskuterade också tillämpningarna av scRNA-seq för att förstå nio icke-organspecifika och 32 organspecifika sjukdomar.

Granskningen undersökte också en kombination av encellssekvenseringsteknologier och multidimensionella och multimolekylära analysmetoder för att studera de molekylära mekanismerna för AID, vilket skulle ge en grund för att studera patogenesen och molekylära markörer för autoinflammatoriska och autoimmuna sjukdomar i framtiden.

scRNA-seq pipeline

Översikten beskrev de olika stegen i scRNA-seq-processen. Processen börjar med metoder för att fånga livsdugliga enstaka celler, såsom: B. seriell spädning och fluorescensaktiverad cellsortering. De vävnader som används i scRNA-seq för AID är främst från blod eller perifera blodceller eller sjuka lever, ledvätska, njure eller tarmvävnad.

När livsdugliga enstaka celler väl separerats amplifieras hela transkriptomet genom omvänd transkription för att erhålla komplementär deoxiribonukleinsyra (cDNA) från RNA. cDNA:t amplifieras genom in vitro-transkription, tillägg av en homopolymersvans eller en mallbytemekanism.

Cellkluster annoteras sedan med hjälp av markörgener och klustren analyseras baserat på cellsammansättning. Bananslutning används för att förstå övergångstillstånd och asynkrona förändringar i cellers biologiska funktion. Cellheterogenitet bedöms också genom differentiell genuttrycksanalys. Ytterligare utvärderingar inkluderar analys av genuppsättningar och slutledning av genreglerande nätverk.

Olika sekvenseringsplattformar finns nu tillgängliga. Valet av plattform beror på faktorer som provtillgänglighet, antal prover som ska analyseras, budget och erforderlig känslighet och upplösning av resultaten. Förbearbetning av scRNA-seq-data inkluderar kvalitetskontroll, batcheffektkorrigering och datanormalisering, följt av nedströmsanalyser såsom cellkluster och bana och genuppsättningsanalyser.

Systemisk AID och scRNA-seq

Granskningen gav en omfattande rapport om användningen av scRNA-seq för att förstå följande systemiska AID:er: reumatoid artrit, systemisk lupus erythematosus, lupus nefrit, primär Sjögrens syndrom, Kawasakis sjukdom, systemisk skleros, makrofagaktiveringssyndrom, multisysteminflammatorisk barnsjukdom och Besyndrome. Författarna diskuterade den nuvarande förståelsen av immunmikromiljön, nya patogena immunceller, transkriptionella signaturer, molekylär heterogenitet och genetisk variation av detta systemiska AID baserat på scRNA-seq i kombination med andra spatiotemporala transkriptomiska tekniker.

Författarna täckte också ett brett utbud av organspecifika AIDS, inklusive hudsjukdomar; Sjukdomar i ögon, lever, bukspottkörtel, gallblåsa, muskler, leder och ben; och autoimmuna sjukdomar i andnings-, nerv-, gastrointestinala, urin-, reproduktions- och cirkulationssystemen.

De diskuterade användningen av scRNA-seq för att förstå mekanismerna för hudsjukdomar som vitiligo, atopisk dermatit, psoriasis, etc. De neuronala sjukdomarna som diskuteras i denna recension är multipel skleros, neuromyelit optica spectrum disorder och myasthenia gravis. Autoimmuna luftvägssjukdomar inkluderar även idiopatisk lungfibros och snabbt progressiv interstitiell lungsjukdom associerad med anti-MDA5-antikroppar.

I denna detaljerade genomgång behandlades också synnervssjukdomar såsom Graves sjukdom och glaukom, autoimmuna hjärt-kärlsjukdomar inklusive autoimmun myokardit; och lever- och gallblåsahjälpmedel, såsom autoimmun hepatit och primär skleroserande kolangit.

scRNA-seq-baserad förståelse av mekanismerna för typ I-diabetes mellitus, inflammatorisk tarmsjukdom, skelett- och muskelsjukdomar såsom anti-syntetas antikroppssyndrom och autoimmuna njursjukdomar såsom interstitiell cystit, immunglobulin A nefropati och njursjukdom i slutstadiet behandlades i granskningen. Endometrios och återkommande missfall på grund av autoimmuna sjukdomar diskuterades också.

Slutsatser

Sammantaget gav granskningen en omfattande förståelse av scRNA-seq-pipelinen, från encellsisoleringsmetoder till nedströmsanalys av sekvensdata. Författarna gav omfattande information om den nuvarande förståelsen av olika systemiska och organspecifika autoimmuna och autoinflammatoriska sjukdomar baserade på scRNA-seq-tekniker.

Hänvisning:

• 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

.