В недавнем обзоре, опубликованном в Journal of Autoimmunity , обсуждалось применение секвенирования одноклеточной рибонуклеиновой кислоты (scRNA-seq) для понимания аутоиммунных заболеваний.

Обзор всесторонне охватил принципы, процедуры и платформы секвенирования, используемые в scRNA-seq, и исследовал их использование для понимания механизмов девяти системных и 32 органоспецифических аутоиммунных и аутовоспалительных заболеваний.

Фон

Аутоиммунные заболевания (АИЗ) представляют собой сложное явление, затрагивающее различные типы клеток. Болезни возникают, когда иммунная система организма не может распознать свои клетки и компоненты и запускает иммунный ответ против них. Аутоиммунные заболевания в целом подразделяются на органоспецифические и неорганоспецифические АИЗ.

Исследования показывают, что AID связан со сниженной или отсутствующей толерантностью B- и T-клеток , а сайты антигенов лейкоцитов человека обычно связаны с повышенной восприимчивостью к AID. В то время как исследования расшифровали генетические и иммунологические механизмы некоторых AID, патогенез и молекулярные или экологические факторы большинства AID все еще неясны.

Кроме того, многие иммуномодулирующие препараты приводят к побочным реакциям, таким как злокачественные новообразования и инфекции, а гетерогенность клеток и тканей у пациентов иногда не приводит к улучшению состояния здоровья. Индивидуальные и более эффективные варианты лечения могут быть разработаны путем лучшего понимания патогенных молекулярных механизмов AID с использованием scRNA-seq.

Цели обзора

Настоящий обзор направлен на описание основных принципов scRNA-seq и обсуждение процедур и платформ секвенирования, используемых в этом процессе. Авторы также обсудили применение scRNA-seq для понимания девяти неорганоспецифических и 32 органоспецифических заболеваний.

В обзоре также изучалось сочетание технологий секвенирования отдельных клеток и подходов многомерного и мультимолекулярного анализа в нацеливании на молекулярные механизмы AID, что послужит основой для изучения патогенеза и молекулярных маркеров аутовоспалительных и аутоиммунных заболеваний в будущем. .

Конвейер scRNA-seq

Solumeve, пептиды гидролизованного коллагена с куркумой, 400 г (14 унций)

В обзоре описаны различные этапы процесса scRNA-seq. Процесс начинается с методов захвата жизнеспособных одиночных клеток, таких как серийное разведение и сортировка активируемых флуоресценцией клеток. Ткани, используемые в scRNA-seq для AID, в основном получены из клеток крови или периферической крови или пораженной ткани печени, синовиальной жидкости, почек или кишечника.

Как только жизнеспособные отдельные клетки были отделены, весь транскриптом амплифицируется посредством обратной транскрипции для получения комплементарной дезоксирибонуклеиновой кислоты (кДНК) из РНК. кДНК амплифицируется посредством транскрипции in vitro , добавления гомополимерного хвоста или механизма переключения матрицы.

Затем маркерные гены используются для аннотирования кластеров клеток, и кластеры анализируются на основе клеточного состава. Вывод траектории используется для понимания переходных состояний и асинхронных изменений биологической функции клеток. Гетерогенность клеток также оценивают путем анализа дифференциальной экспрессии генов. Другие оценки включают анализ набора генов и вывод сети регуляции генов.

В настоящее время доступны различные платформы секвенирования. Выбор платформы зависит от таких факторов, как наличие образцов, количество образцов для анализа, бюджет и требуемая чувствительность и разрешение результатов. Предварительная обработка данных scRNA-seq включает в себя контроль качества, исправление эффекта партии и нормализацию данных с последующим последующим анализом, таким как кластеризация клеток и анализ траектории и набора генов.

Системный AID и scRNA-seq

В обзоре представлен исчерпывающий отчет об использовании scRNA-seq для понимания следующих системных AID: ревматоидный артрит, системная красная волчанка, волчаночный нефрит, первичный синдром Шегрена, болезнь Кавасаки, системный склероз, синдром активации макрофагов, мультисистемный воспалительный синдром у детей, и болезнь Бехчета. Авторы обсудили современное понимание иммунного микроокружения, новых патогенных иммунных клеток, транскрипционных сигнатур, молекулярной гетерогенности и генетических вариаций в этих системных AID на основе scRNA-seq в сочетании с другими пространственно-временными транскриптомными методами.

Авторы также охватили широкий спектр органоспецифических АИЗ, включая кожные заболевания; заболевания, поражающие глаза, печень, поджелудочную железу, желчный пузырь, мышцы, суставы и кости; и аутоиммунные заболевания дыхательной, нервной, желудочно-кишечной, мочевыделительной, репродуктивной и кровеносной систем.

Они обсудили использование scRNA-seq для понимания механизмов кожных заболеваний, таких как витилиго, атопический дерматит, псориаз и так далее . Связанные с нервной системой AID, обсуждаемые в этом обзоре, включают рассеянный склероз, болезнь спектра оптиконейромиелита и тяжелую миастению. В то же время респираторные аутоиммунные расстройства включают идиопатический легочный фиброз и быстро прогрессирующее интерстициальное заболевание легких, ассоциированное с антителами к MDA5.

В этом подробном обзоре также охвачены зрительные аутоиммунные заболевания, такие как болезнь Грейвса и глаукома, сердечно-сосудистые аутоиммунные заболевания, включая аутоиммунный миокардит; и AID печени и желчного пузыря, такие как аутоиммунный гепатит и первичный склерозирующий холангит.

Основанное на scRNA-seq понимание механизмов сахарного диабета I типа, воспалительных заболеваний кишечника, заболеваний костей и мышц, таких как синдром антисинтетазных антител, а также почечных аутоиммунных заболеваний, таких как интерстициальный цистит, иммуноглобулиновая нефропатия А и эндокринная недостаточность. стадии почечной недостаточности были освещены в обзоре. Также обсуждались эндометриоз и повторные выкидыши из-за аутоиммунных проблем.

Выводы

В целом, в обзоре представлено полное понимание конвейера scRNA-seq, начиная с методов выделения отдельных клеток и заканчивая последующим анализом данных о последовательности. Авторы предоставили существенную информацию о современном понимании различных системных и органоспецифических аутоиммунных и аутовоспалительных заболеваний на основе методов scRNA-seq.