Eteroġeneità majelojde fil-mard tal-kliewi kif żvelat permezz tas-sekwenzjar tal-RNA b'ċellula waħda

Astratt

Il-mard tal-kliewi jirrappreżenta piż globali tas-saħħa ta' prevalenza li qed tiżdied u huwa fattur ta' riskju indipendenti għall-mard kardjovaskulari. Iċ-ċelloli majelojdi huma kompartiment ċellulari ewlieni tas-sistema immuni; jinstabu fil-kliewi b'saħħithom u numri dejjem jiżdiedu fil-kliewi bil-ħsara u/jew morda, fejn jaġixxu bħala atturi ewlenin fil-progressjoni tal-korriment, l-infjammazzjoni u l-fifibrożi. Huma jippossjedu plastikità u eteroġeneità enormi, li jadottaw karatteristiċi fenotipiċi u funzjonali differenti b'reazzjoni għall-istimoli fl-ambjent lokali. Għalkemm din il-kumplessità inerenti għad trid tinftiehem bis-sħiħ fil-kliewi, l-avvanzi fil-ġenomika ta 'ċellula waħda jwiegħdu li jibdlu dan. Speċifikament, is-sekwenzjar tal-RNA ta 'ċellula waħda (scRNA-seq) kellu effett trasformattiv fuq ir-riċerka tal-kliewi, li ppermettiet il-profiling u l-analiżi tat-traskriptomi ta' ċelluli singoli b'riżoluzzjoni u throughput mingħajr preċedent, u ġenerazzjoni sussegwenti ta 'atlasi taċ-ċelluli. Nimxu 'l quddiem, il-kombinazzjoni ta' scRNA u RNA-seq wieħed nukleari ma 'traskriptomika spazjali b'riżoluzzjoni akbar se tippermetti l-immappjar spazjali ta' mard tal-kliewi ta 'etjoloġija li tvarja biex jiżvela aktar il-mudell ta' ċelluli immuni u ċelluli renali mhux immuni. Din ir-reviżjoni tiġbor fil-qosor ir-rwoli taċ-ċelloli majelojdi fis-saħħa u l-mard tal-kliewi, il-fluss tax-xogħol sperimentali bħalissa huwa disponibbli għal teknoloġiji scRNA-seq u sejbiet ippubblikati bl-użu ta 'scRNA seq fil-kuntest taċ-ċelloli majelojdi u l-kliewi.

Ikklikkja għal herba Cistanche benefiċċji għall-kliewi

Rachel MB Bell u Laura Denby

Introduzzjoni

Il-kliewi huwa organu kumpless li jwettaq diversi funzjonijiet essenzjali għall-omeostasi fiżjoloġika u, konsegwentement, pazjenti b'mard tal-kliewi ħafna drabi jkunu preżenti b'kumplikazzjonijiet u komorbiditajiet sinifikanti (1,2). Il-manifestazzjonijiet tal-mard tal-kliewi huma wiesgħa, li jinkludu korriment akut tal-kliewi (AKI), disturbi awtoimmuni, u rifjut ta 'trapjanti tal-kliewi, li kollha huma medjati direttament jew indirettament mill-immunità (3). Minħabba rata ta' prevalenza akbar, il-mard tal-kliewi qed ikollu effett kbir fuq is-saħħa globali, kemm bħala kawża diretta ta' morbożità u mortalità kif ukoll bħala fattur ta' riskju ewlieni għall-mard kardjovaskulari (1). Iċ-ċelloli majelojdi huma l-aktar ċelluli ematopojetiċi nukleati abbundanti fil-ġisem, li jinkludu monoċiti, makrofaġi, ċelloli dendritiċi (DCs), u granuloċiti. Iċ-ċelloli majelojdi jiffurmaw fergħa kritika tas-sistema immuni u għandhom funzjonijiet diversi (4). Fil-kliewi, il-makrofaġi u d-DCs, l-aktar, intwerew li jinfluwenzaw l-omeostażi tal-organi, il-korriment u l-proċessi ta 'riparazzjoni wara insulti diversi. Il-funzjoni tagħhom, l-ispettru fenotipiku, u l-interazzjoni ma 'ċelluli immuni u mhux immuni oħra huma kumplessi u mifhuma kompletament (3,5). Il-fehim tagħna tas-sistema immuni avvanza permezz tal-applikazzjoni ta 'teknoloġiji li jippermettu riżoluzzjoni ta' ċellula waħda, primarjament mikroskopija u ċitometrija tal-fluss. In-numru ta' parametri li jistgħu jitkejlu fl-istess ħin ma' dawn it-teknoloġiji huwa limitat u jiddependi fuq għarfien minn qabel dwar liema antiġeni huma preżenti. Matul dawn l-aħħar snin, il-progress fis-sekwenzjar tal-RNA ta 'ċellula waħda (scRNA-seq), li għandu l-għan li jkejjel il-livelli ta' espressjoni tal-ġeni fiċ-ċelloli b'mod komprensiv, biddel il-kapaċità tagħna li nipprofilaw iċ-ċelloli immuni (2,6,7)

Rwoli taċ-Ċelloli Myeloid fis-Saħħa u l-Mard tal-Kliewi

Iċ-ċelloli majelojdi għandhom natura adattiva, li juru reazzjonijiet temporanji, differenzjazzjoni kkontrollata, (ri)lokazzjoni fit-tessuti, u plastiċità bi tweġiba għal stimuli ambjentali varji, kemm jekk huma omeostatiċi jew infjammatorji (4). Dan jirrappreżenta kumplikazzjoni fir-rigward tal-istudju tagħhom fil-kliewi minħabba li dan l-organu maġġuri ta 'emofiltrazzjoni joffri milieu ta' sfida li mhuwiex spazjalment uniformi, u ġew irrappurtati differenzi fit-tipi ta 'ċelluli immuni fil-kortiċi renali u l-medulla (8,9). Il-makrofaġi huma t-tip ta' ċelluli majelojdi l-aktar abbundanti fil-kliewi u, flimkien ma' DCs, jikkoordinaw risponsi infjammatorji għal materjal antiġeniku ffiltrat liberament u jissalvagwardjaw il-kliewi minn infezzjoni (8). Importanti, huma wkoll involuti fil-bidu u l-progressjoni tal-mard renali u r-riġenerazzjoni sussegwenti tat-tessut. Minħabba din id-diversità, ġeneralment huwa ssuġġerit li l-makrofaġi huma maqsuma f'fenotipi proinfjammatorji (M1 jew "attivati ​​klassikament") u riparattivi tat-tessuti (M2 jew "attivati ​​b'mod alternattiv").

Madankollu, din il-karatterizzazzjoni hija ssimplifikata żżejjed b'mhux biss makrofaġi iżda wkoll DCs li għandhom plastikità inerenti. Tabilħaqq, hemm evidenza robusta għal ċelluli majelojdi assoċjati mal-mard li jaqsmu ġeni markatur tal-firma ta 'karatteristiċi kemm pro u anti-infjammatorji (4,10). Iċ-ċelloli immuni huma tipikament definiti minn markaturi differenti tal-wiċċ taċ-ċelluli, għalkemm tipi differenti ta 'ċelluli majelojdi għandhom ħafna markaturi komuni; għalhekk, bosta markaturi ħafna drabi jkunu meħtieġa biex jidentifikaw it-tip ta 'ċellula ta' interess. Barra minn hekk, il-markaturi jistgħu jvarjaw bejn l-ispeċi (Tabella 1). L-immunoistokimika u ċ-ċitometrija sħabhom spiss jintużaw biex jiġu identifikati kemm markaturi intra- u extraċellulari (6). Fil-ġrieden, makrofaġi residenti fil-kliewi (CD11bloF4/80hi) huma ta 'oriġini ematopojetika doppja, li jirriżultaw mill-isfar sac u ematopoiesis definittiva, ma Ly6Clo "patrolling" monoċiti (CD14loCD16hi fil-bnedmin) (11-13). Taħt kundizzjonijiet infjammatorji, il-monoċiti Ly6Chi (CD14hiCD162 fil-bnedmin) jinfiltraw fil-kliewi, jiddifferenzjaw f'(CD11bhiF4/80lo) makrofaġi (11-13). Minkejja li hija limitata għal madwar 16-il parametru u problemi li jinqalgħu minn koinċidenza spettrali, iċ-ċitometrija sħabha, b'mod partikolari, kienet utli ħafna u tirrappreżenta l-aktar teknoloġija bażika ta' ċellula waħda, iżda x'aktarx li ma tipprovdix l-ispettru fenotipiku sħiħ taċ-ċelluli majelojdi (6). ,7,10).

Ħarsa ġenerali tat-Teknoloġiji ta' Sekwenzar ta' Ċellula Unika

Tekniki ta' espressjoni tal-ġeni b'rendiment għoli, bħal microarray u bulk RNA-seq, ipprovdew fehim aħjar tat-traskriptomi tal-organi kumplessi; madankollu, ir-rekwiżiti tal-input tal-RNA tagħhom għandhom studji limitati fuq popolazzjonijiet miġbura. Peress li l-kliewi fih .20 tipi ta 'ċelluli distinti (inklużi popolazzjonijiet epiteljali, endoteljali, mesenkimali u immuni), il-profil tal-espressjoni tal-ġeni li jirriżulta tat-tessut renali jirrifletti biss medja għal dawn il-kostitwenti eteroġenji (14). Fi ħdan il-kliewi, iċ-ċelluli tat-tubuli prossimali jiddominaw fin-numru, u għalhekk jistgħu joskuraw il-profil ta 'espressjoni ta' popolazzjonijiet aktar rari. It-teknoloġiji scRNA-seq indirizzaw dawn il-limitazzjonijiet billi ppermettew l-investigazzjoni oġġettiva tat-traskriptomi ta 'ċelluli individwali f'kampjun partikolari, bil-ġenerazzjoni ta' atlasi taċ-ċelluli ta 'komponenti renali mammiferi. Notevolment, il-komunità tar-riċerka tal-kliewi ġiet investita f'aċċess miftuħ u għamlet din id-dejta disponibbli b'mod liberu permezz ta' websajts (Tabella 2). Dan jippermetti l-valutazzjoni imparzjali ta 'eteroġeneità ċellulari, identifikazzjoni ta' stati u sottotipi ta 'ċelluli ġodda, u tranżizzjonijiet ċellulari dinamiċi b'riżoluzzjoni u preċiżjoni għolja ħafna (6,14,15).

Sal-lum, ġew proposti diversi tekniki scRNA-seq, u l-iżvilupp ta 'protokolli ġodda huwa qasam ta' riċerka attiv ħafna (kif rivedut minn Li u Humphreys [16]). Ġeneralment, l-esperimenti scRNA-seq kollha jaqsmu fluss tax-xogħol komuni: preparazzjoni tal-kampjun, qbid ta 'ċellula waħda, traskrizzjoni inversa u amplifikazzjoni tat-traskriptome, preparazzjoni tal-librerija, sekwenzar u analiżi (Figura 1). RNA-seq single-nukleari (snRNA-seq) hija alternattiva dejjem aktar popolari għal scRNA-seq. Hawnhekk, nuklei huma iżolati miċ-ċelloli u użati għal sekwenzar ibbażat fuq qtar (14). snRNA-seq ġie rrappurtat li għandu skoperta tal-ġeni komparabbli ma 'scRNA-seq fil-kliewi tal-adulti u li jelimina r-risponsi tal-istress traskrizzjoni kkaġunat mid-dissoċjazzjoni fil-kliewi fibrotiku infjammat. Barra minn hekk, huwa kompatibbli ma 'kampjuni ffriżati iżda jaqbad ċelluli immuni b'effiċjenza aktar baxxa (19). Ir-raġuni għal dan għadha mhux ċara. Bħala tali, jista 'jkun meħtieġ li jiġu iżolati ċelluli CD451, li jammontaw biss għal 2 fil-mija -17 fil-mija tal-popolazzjoni totali taċ-ċelluli tal-kliewi (20), biex tinkiseb l-akbar għarfien possibbli tal-lewkoċiti renali bl-użu ta' dan il-metodu.

Bosta tekniki oħra ta 'ċellula waħda qed jiġu żviluppati biex jippermettu l-kejl dirett ta' dejta mikroRNA, proteomika jew metabolika, li l-approċċi scRNA-seq u snRNA-seq ma jipprovdux. B'mod partikolari, profili ta' espressjoni simultanja ta' traskrizzjonijiet u proteini tal-wiċċ taċ-ċelluli—bħas-sekwenzjar tal-espressjoni tal-RNA u tal-proteini (REAP) (21) u l-indiċjar ċellulari ta' traskriptomi u epitopi (CITE) permezz ta' sekwenzar (22) — issa huwa possibbli, li jippermetti l-korrelazzjoni. ta' espressjoni ta' proteina b'dejta traskritomika. Barra minn hekk, analiżi għal transposase-accessible chromatin (ATAC) b'sekwenzjar jippermetti profil tal-aċċessibbiltà tal-kromatina, li jippermetti l-investigazzjoni tal-eteroġeneità epiġenetika (23). Dan l-aħħar intuża flimkien ma’ snRNA-seq biex jidentifika stati taċ-ċelluli uniċi fit-tubuli prossimali u l-parti oħxon axxendenti fil-kliewi tal-bniedem (24), u avvenimenti ewlenin ta’ remodeling tal-kromatina u dinamika tal-espressjoni tal-ġeni assoċjati mal-iżvilupp tal-kliewi fil-ġrieden (Figura 2). ) (25).

Minħabba li l-kliewi għandhom differenzi reġjonali distinti, il-lokalizzazzjoni anatomika u l-interazzjonijiet interċellulari taċ-ċelloli huma importanti, iżda dawn il-fatturi huma fil-biċċa l-kbira mitlufa meta jiġu analizzati ċelluli singoli dissoċjati. L-interazzjonijiet jistgħu jkunu kemmxejn miġbura minn analiżi tal-pari riċettur-ligand għal kimokini u ċitokini; madankollu, viżwalizzazzjoni diretta tar-relazzjonijiet spazjali fost iċ-ċelloli hija meħtieġa biex twieġeb b'mod sħiħ mistoqsijiet bħal dawn. Dan ifisser ukoll li mhux possibbli li ssir diskriminazzjoni bejn popolazzjonijiet ta' lewkoċiti li jinfiltraw jew joqogħdu fil-kliewi minn dawk li jistgħu jkunu qed jiċċirkolaw mill-vaskulatura tal-kliewi (6,15). Il-kombinazzjoni ta 'scRNA-seq u snRNA-seq ma' traskriptomika spazjali tista 'ttejjeb dan l-aspett. Tabilħaqq, Ferriera et al. (26) reċentement użaw dawn it-teknoloġiji komplementari biex immappjaw spazjalment il-firma traskrittomika f'mudelli AKI tal-ġurdien u wrew kif dan jista' jiġi applikat għal kampjuni umani. Huma identifikaw mudelli ta 'kololizzazzjoni taċ-ċelluli immuni u epiteljali u, għalkemm limitati b'riżoluzzjoni, dawn il-metodoloġiji x'aktarx se jitjiebu b'xogħol futur.

Studji scRNA-Seq fis-Saħħa tal-Kliewi

L-anatomija ċellulari komprensiva tal-kliewi normali hija kruċjali biex tifhem kompletament l-iżvilupp u r-riżoluzzjoni tal-mard tal-kliewi; madankollu, sal-lum, tentattivi biex jiġu mmappjati bis-sħiħ il-popolazzjonijiet immuni fil-kliewi fis-saħħa huma limitati. Fl-2018, Park et al. (2) ipprovda l-fifirst u l-akbar skala taċ-ċellula tal-kliewi murina scRNA-seq s'issa minn kliewi tal-ġurdien b'saħħithom. Huma identifikaw sottotipi ta 'ċelluli ewlenin li jinkludu n-nephron u tipi ta' ċelluli immuni renali magħrufa qabel, inklużi makrofaġi residenti u newtrofili. Madankollu, huwa possibbli li xi sottotipi majelojdi ma ġewx skoperti, forsi minħabba tipi ta 'ċelluli immuni li jikkontribwixxu proporzjon żgħir fil-kliewi mhux imweġġa' u/jew minħabba preparazzjoni tal-kampjun minħabba li madwar 25 fil-mija taċ-ċelloli ma għaddewx mill-kontroll tal-kwalità f'dan l-istudju.

Studju ewlieni riċenti uża scRNA-seq b'ċitometrija tal-fluss u tal-massa biex jiddefinixxi l-pajsaġġ immuni globali fil-kliewi tal-fetu u l-adulti tal-bniedem b'saħħithom, u jipprofilaw iċ-ċelloli tul il-ħajja (9). Fagoċiti mononukleari (MNPs), ċelluli qattiel naturali (NK) u ċelluli T kienu l-aktar prevalenti, u erba 'sottosettijiet ta' MNPs, newtrofili, ċelluli mast, u DCs plasmacytoid (pDCs) ġew identifikati fil-kompartiment majelojdi tal-kliewi maturi. Il-cluster MNP kien iddominat minn żewġ popolazzjonijiet ta 'makrofaġi derivati ​​minn monoċiti: wieħed kien simili traskrizzjonalment għal monoċiti klassiċi CD141, u l-ieħor għal monoċiti mhux klassiċi CD161. Fiha wkoll popolazzjoni DC konvenzjonali (CDC) u popolazzjoni ta 'tessut-makrofaġi li kienet imxekkla lejn transcriptome M2 anti-infjammatorju li jesprimi CD206. Barra minn hekk, ir-riċerkaturi wrew lokalizzazzjoni anatomika ta 'ċelluli immuni billi rreferenzjaw ix-xogħol tagħhom għal data RNA-seq tal-massa disponibbli pubblikament iġġenerata minn reġjuni magħrufa tal-kliewi, u żvelaw id-distribuzzjoni differenzjali ta' sottogruppi immuni fil-medulla u l-pelvi meta mqabbla mal-kortiċi. Analiżi tal-interazzjonijiet ligand-riċettur, li tindika cross-talk taċ-ċelluli epiteljali u immuni, kienet mbassra li lokalizzata makrofaġi u newtrofili antibatteriċi għal reġjuni tal-kliewi l-aktar suxxettibbli għal infezzjoni axxendenti mill-apparat urinarju. Dan huwa konformi ma 'xogħol preċedenti li wera konċentrazzjoni għolja ta' sodju interstizjali tal-medulla tistimula l-produzzjoni ta 'chemokines minn ċelluli epiteljali tubulari, li tgħin biex ipoġġu l-makrofaġi biex jikkumbattu t-theddida immunoloġika maħluqa minn infezzjoni batterjali axxendenti (8). Il-kapaċità li orkestra l-lokalizzazzjoni ta 'ċelluli immuni għal reġjuni speċifiċi kienet nieqsa fil-kliewi tal-fetu, bl-akkwist ta' wara t-twelid ta 'firem traskrizzjoni indikattivi ta' rwoli fl-infjammazzjoni u difiża immuni (9). Studju ieħor reċenti minn Menon et al. (27) identifikaw ċelluli immuni residenti f'kampjuni umani mhux morda minn bijopsiji tat-tumur-nefrectomija, sorveljanza u riperfużjoni; dawn kienu jinkludu żewġ gruppi majelojdi, għalkemm ma kinux definiti f'sottotipi.

Bidliet dinamiċi fis-sistema immuni huma karatteristika tat-tixjiħ (28). Riċentement, scRNA-seq sar fuq ċelluli .350,000 minn diversi organi u tessuti meħuda minn ġrieden C57BL/6J li jappartjenu għal gruppi ta 'età li jvarjaw minn 1 sa 30 xahar (29). Wara l-komputazzjoni tal-punteġġ tad-diversità ġenerali, ġew identifikati żewġ gruppi ta 'makrofaġi renali li għalihom il-kompożizzjoni nbidlet b'mod sinifikanti bl-età. Raggruppament wieħed kien magħmul l-aktar minn ċelluli minn 1- u 3-ġrieden ta' xahar arrikkit b'firma anti-infjammatorja (eż., Cq1a, Cd74, Cd81). Bil-maqlub, ir-raggruppament l-ieħor kien magħmul primarjament minn ċelluli minn ġrieden 18-, 21-, 24-, u 30-xhur li kienu jixbħu stat makrofaġi proinfjammatorju (eż. Intgal, Msrb1). Fil-preżent, studji komprensivi ta 'tixjiħ bħal dawn fil-bnedmin huma neqsin, iżda dawn se jkunu importanti li jsiru fil-futur minħabba l-prevalenza tal-mard tal-kliewi tiżdied bl-età (1).

Għalkemm saru studji kemm fuq it-tessut tal-bniedem kif ukoll tal-ġrieden, hemm nuqqasijiet fl-akkwist ta 'kampjuni umani friski biżżejjed, li jenfasizzaw l-importanza li jingħelbu kwistjonijiet ta' traduzzjoni. Studji identifikaw markaturi definiti sew ta 'tipi ta' ċelluli majelojdi fit-tessuti tal-marieni, iżda huma nieqsa minn konservazzjoni madwar l-ispeċi. Eżempju magħruf huwa F4/80 (kodifikat minn adgre1), li jintuża biex jidentifika makrofaġi residenti fit-tessuti fil-ġrieden iżda mhuwiex espress minn popolazzjonijiet ta 'makrofagi fil-bnedmin. Barra minn hekk, markaturi li kienu storikament użati biex jiddifferenzjaw DCs minn makrofaġi, bħal CD11c u MHCII, issa huma magħrufa li huma komunement espressi minn makrofaġi tat-tessuti (28,30). Zimmerman et al. (31) użaw scRNA-seq biex jidentifikaw markatur speċifiku għall-makrofagi tal-kliewi bejn l-ispeċi. Iċ-ċelluli CD451, bil-popolazzjoni tal-limfoċiti eskluża, ġew iżolati minn ġurdien, far, ħanżir u kilwa tal-bniedem, u żvelaw grupp ta 'ċelluli li jesprimu C1q. Analiżi oħra scRNA-seq ta 'tessut tal-kliewi sħiħ minn ġrieden (2,10) u bnedmin (32) identifikaw ukoll dan il-cluster li jesprimi C1q. Fil-cluster li jesprimi C1q, markaturi tal-wiċċ ġodda Cd74 u Cd81 ġew identifikati bħala markaturi kandidati potenzjali ta 'makrofaġi residenti fil-kliewi madwar l-ispeċi (31). Dawn ġew ivvalidati minn analiżi taċ-ċitometrija tal-fluss li juru li ċ-ċelloli CD741CD811 kienu aktar abbundanti f'residenti (CD11bloF4/80hi) meta mqabbla ma 'makrofaġi infiltranti (CD11bhiF4/80lo), u kkonfermaw skambju minimu ma' ċelloli derivati ​​mill-mudullun bl-użu tal-mudell tal-ġurdien parabijotiku. Għadu mhux magħruf jekk dawn il-kandidati jvarjawx matul iż-żmien tal-infjammazzjoni. Tabilħaqq, l-espressjoni C1qa varjat fuq 12-il sottogrupp majelojde fl-istudju tagħna ta 'ostruzzjoni ureteral unilaterali riversibbli (R-UUO) (10). Fil-futur, se jkun importanti li jiġi investigat aktar l-effett tar-razza tal-ġurdien biex tikkuntestwalizza s-sejbiet. Tabilħaqq, razez tal-ġrieden tal-laboratorju inbred jistgħu jkunu diverġenti ħafna fix-xejriet tar-rispons immuni tagħhom; pereżempju, wara korriment unilaterali ta' riperfużjoni iskemika (IRI) ġrieden 129/Sv intwerew li għandhom inqas lewkoċiti li jinfiltraw minn ġrieden C57BL6/J (33).

Studji scRNA-Seq fil-Korriment u l-Mard tal-Kliewi

Influss dipendenti fuq il-fażi ta 'ċelluli majelojdi u bidliet fil-fenotip tagħhom iseħħ matul il-kors taż-żmien tal-mard tal-kliewi (34). Biex tiddefinixxi l-pajsaġġ ċellulari fil-progressjoni ta 'AKI għal mard kroniku tal-kliewi (CKD), Valle Duraes et al. (35) użaw scRNA-seq f'mudell IRI unilaterali bi jew mingħajr nefrectomija kontralaterali immedjata biex tistudja r-riġenerazzjoni tal-kliewi jew il-fifibrożi, rispettivament. Ġew identifikati seba' gruppi ewlenin, inklużi makrofaġi residenti u infjammatorji, newtrofili/monoċiti, DC/monoċiti, ċelluli NK, ċelluli T u ċelluli B. Il-kliewi b'saħħithom kienet iddominata minn makrofaġi residenti, filwaqt li, wara korriment, makrofaġi infjammatorji espandew b'mod sinifikanti u makrofaġi residenti sparixxew, irrispettivament mill-mudell użat jew il-punt ta 'żmien ta' wara l-korriment. Il-popolazzjonijiet imħallta ta 'newtrofili/monoċiti u DC/monoċiti espandew ukoll wara korriment. Fi studju ieħor, snRNA-seq intuża ma 'mudell IRI bilaterali ta' AKI (36). Għalkemm it-tubuli prossimali kienu l-fokus hawn, ġew identifikati sitt gruppi ta 'lewkoċiti: tliet sottotipi ta' makrofaġi, DCs, ċelluli T u ċelluli B. L-analiżi tar-riċettur tal-ligand imwettqa fuq il-cluster ta 'lewkoċiti magħquda ssuġġeriet bidliet fis-sinjalar ta' Ccl2 (tubulointerstitium) għal Ccr2 (lewkoċiti) maż-żmien; fibroblasts u ċelluli endoteljali kienu l-ewwel tipi ta 'ċelluli li sinjalaw lewkoċiti, segwiti minn sinjalar lewkoċiti-lewkoċiti u żieda fis-sinjalar Ccl2-Ccr2 minn tubuli prossimali li naqsu milli jissewwew wara jumejn u 6 ġimgħat wara l-ħsara. L-ewwel u t-tieni raggruppamenti ta 'makrofagi x'aktarx huma makrofaġi residenti u infjammatorji bbażati fuq markaturi bħal F13a1 u Vcan. It-tielet raggruppament esprima livelli għoljin ta 'Mmp12, metalloproteinase speċifiku għall-makrofagi, u Gpnmb, regolatur negattiv tal-inflfjammazzjoni propost biex jippromwovi l-polarizzazzjoni M2. Dan u l-cluster DC kienu l-aktar abbundanti fil-ġimgħat 2 u 6 wara l-ħsara meta l-kilwa tkun fil-fażi ta 'riparazzjoni. Il-grupp tagħna reċentement uża scRNA-seq fil-mudell tal-ġurdien R-UUO, li fih ir-rigressjoni ta 'fifibrożi tubulointerstizjali stabbilita, karatteristika ta' CKD, isseħħ wara treġġigħ lura ta 'ostruzzjoni (10). Interessanti, aħna rrapportajna wkoll cluster makrofaġi li kien biss fil-kliewi li kienu għaddew minn treġġigħ lura UUO; kien ikkaratterizzat ukoll mill-espressjoni ta 'Mmp12 u riċetturi kennies, inklużi Gpnmb u Mrc1. Preċedentement irrapurtajna prophage Mmp121 mac simili fil-fwied waqt ir-riżoluzzjoni tal-mard tal-fwied (37). Għalkemm dawn iċ-ċelluli Mmp121 immappjati għall-makrofaġi fuq id-database tal-Proġett tal-Ġenoma Immunoloġika, huma morfoloġikament jixbħu monoċiti u esprimew livelli għoljin ta 'Ccr2 iżda livelli baxxi ta' F4/80 permezz ta 'immunofluworexxenza. Barra minn hekk, it-traskriptome tagħhom huwa l-aktar allinjat mill-qrib mal-monoċiti li jinfiltraw fil-kliewi waqt l-irkupru mill-IRI. Sibna li l-monoċiti derivati ​​mill-mudullun li ġew mitmugħa collagen ittikkettat FITC żiedu l-espressjoni tagħhom ta 'Mmp12 u Gpnmb, li jissuġġerixxi l-fagoċitosi tal-kollaġen tista' tinduċi espressjoni ta 'dawn il-markaturi.

Fil-karatterizzazzjoni tagħna taċ-ċelloli majelojdi fil-ħsara u t-tiswija tal-kliewi, identifikajna ħdax-il sottogrupp ieħor ta 'ċelluli majelojdi fil-mudell R-UUO, inklużi xi wħud b'fenotip ġdid. Dan sar unikament bl-integrazzjoni tal-qtar u l-pjanċa scRNA-seq ibbażati fuq rabta indiċi għall-mappa tal-sottosettijiet fuq monocyte u macrophage gradi fuq ċitometrija tal-fluss (10). Ġew identifikati tliet gruppi ta 'monoċiti: sottotipi ta' għassa u infjammatorji, u sottotip uniku "profibrotiku" li jesprimi Arg1 li kien esklussivament preżenti f'UUO jum 2 (fażi ta 'korriment akut). Dawn iċ-ċelloli Arg11 esprimew markaturi ta 'monoċiti infjammatorji Ly6C1, inklużi Ccr2 u F13a1, għalkemm mhux Ly6c2. Barra minn hekk, intwerew li jesprimu ġeni ipoksja, profibrotiċi u proinfjammatorji, flimkien ma 'ġeni li jikkodifikaw komponenti ta' matriċi extraċellulari u cross-linkers tal-matriċi extraċellulari. Flimkien ma 'numru ta' pari ligand-riċetturi żvelati bejn monoċiti Arg11 u ċelloli mesenkimali, din id-dejta tissuġġerixxi li ċ-ċelloli Arg11 jistgħu jiġu derivati ​​minn monoċiti Ly6C1 reklutati li jsiru attivati ​​b'mod akut lejn fenotip profibrotiku fl-ambjent iposiku u infjammatorju tal-kliewi danneġġjata. Tabilħaqq, hemm mewġiet ta 'dħul ta' monoċiti waqt ħsara kronika progressiva fil-kliewi (35).

Interessanti, f'mudell ta 'ħsara fil-kliewi minħabba sepsis, subcluster ta' makrofaġi wera żieda fl-espressjoni ta 'Arg1 fil-punti ta' żmien ta 'wara l-ħsara aktar tard, għalkemm b'markaturi ta' attivazzjoni ta 'makrofaġi alternattiva, bħal Mrc1 (38). Komplejna nsegwu d-destin taċ-ċelluli immuni li jiċċirkolaw reklutati fil-kliewi bl-użu ta 'skambju ta' demm paired. Għandu vantaġġi fuq il-parabjożi minħabba li ċ-ċelloli donaturi jippersistu f'numru kbir fiċ-ċirkolazzjoni għal żmien relattivament qasir, u b'hekk, jippermetti t-traċċar taċ-ċelloli f'diversi punti ta 'żmien wara l-korriment jew waqt ir-riżoluzzjoni tal-marda. Billi kkombinaw skambju tad-demm paired, ċitometrija tal-fluss, u analiżi tal-psewdotime, urejna reklutaġġ bikri ta 'monoċiti donaturi għall-kliewi ostakolat fit-2 jum UUO; fil-jum UUO 7, huma transizzjonaw għal makrofaġi CCR2hi bi traskriptoma kważi identiku għal makrofaġi residenti. Xogħol ieħor huwa indikattiv li ċ-ċelloli CCR21 huma detrimentali: f'mudell IRI b'inattivazzjoni CCR2, kien hemm tnaqqis fl-espansjoni tal-makrofaġi F4/80 tal-kliewi u s-severità tal-fifibrożi renali (5). Għad irid jiġi determinat jekk dawn il-popolazzjonijiet ġodda humiex preżenti fl-istadji kollha fil-kuntest tas-CKD; pereżempju, il-makrofagi Mmp121 huma preżenti f'punti bikrija ta 'korriment fejn il-mekkaniżmi endoġeni tat-tiswija tal-kliewi huma attivi u jippruvaw tiswija, jew biss meta matriċi b'ċikatriċi tkun preżenti mingħajr ebda stimulu ta' korriment kontinwu? Dhillon et al. (39) wettaq analiżi scRNA-seq fuq kliewi tal-ġurdien b'saħħithom u fibrotiċi minn mudell ta 'nefropatija ta' l-aċidu foliku. Erbatax-il raggruppament immuni ġew identifikati, meta mqabbla ma 'ħamsa biss fl-istudju preċedenti tagħhom (2), inklużi makrofaġi, subclusters ta' DCs (CD11b1/2, PDC), granuloċiti u limfoċiti. Studju ieħor qabbel scRNA-seq u snRNA-seq fuq kliewi tal-ġurdien ostakolati (fibrotiċi) fil-jum UUO 14. Iż-żewġ metodi kellhom skoperta tal-ġeni komparabbli; madankollu, meta mqabbel ma 'scRNA-seq, snRNA-seq kellu preġudizzju mnaqqas ta' dissoċjazzjoni u risponsi ta 'stress traskrizzjoni indotti minn dissoċjazzjoni (19).

Ġie identifikat grupp wieħed tal-makrofagi hawnhekk, għalkemm ir-riċerkaturi identifikaw grupp ġdid ta 'tubuli prossimali "dedifferenzjat" li esprima bosta ċitokini proinfjammatorji mnixxija, inklużi Ccl2, ċitokin proliferattiv tal-makrofagi IL-34, u chemoattractants newtrofili Cxcl1 u Cxcl2. Dan l-istudju, għal darb'oħra, jindika li snRNA-seq mhuwiex kapaċi daqs scRNA-seq biex jiskopri popolazzjonijiet immuni fi kliewi bil-ħsara u infjammati. Tabilħaqq, l-istess grupp wettaq snRNA-seq fuq kampjuni krijopreservati tal-kliewi dijabetiċi umani (40). Il-kliewi dijabetiċi nstabu li żdiedu n-numri ta’ lewkoċiti meta mqabbla mal-kliewi ta’ kontroll, kif mistenni. Ġew skoperti monoċiti, ċelluli tal-plażma, ċelluli T, u ċelluli B; madankollu, popolazzjoni makrofaġi ma kinitx, minkejja r-rwol tal-makrofaġi fid-dijabete tat-tip 2 huwa dokumentat sew (41). Ir-riċerkaturi qabblu aktar il-kampjuni dijabetiċi tagħhom ma 'settijiet ta' dejta PBMC disponibbli pubblikament minħabba li n-numri tal-lewkoċiti fil-kampjuni ta 'kontroll kienu żgħar. Żieda fil-markaturi infjammatorji kienu osservati kemm f'monoċiti CD141 dijabetiċi li jinfiltraw kif ukoll f'monoċiti CD161. Riċentement, Kuppe et al. (42) iġġeneraw mappa ta 'ċellula waħda tal-kliewi tal-bniedem, b'enfasi fuq l-iżvilupp tat-tubulointerstitium u l-fifibrosis f'CKD. Madankollu, fiċ-ċelluli magħżula CD102 (tubulari mhux prossimali), ġew identifikati tliet sottotipi ta 'makrofagi, monoċiti, DCs, u ċelluli mast, kif kienu ċelluli NK, T u B. Ir-riċerkaturi pproponew mudell ta 'ħidma tal-mogħdijiet involuti fil-fifibrożi renali, iżda ċelloli immuni, li għandhom rwoli importanti fis-sinjalar profibrotiku, kienu assenti minn dan il-mudell, minkejja li nqabdu. Aktar testendi l-fehim tagħna taċ-ċelloli immuni fi stati patoloġiċi differenti, studju ddeskriva l-pajsaġġ immuni tal-kliewi tal-bniedem f'pazjenti b'nefrite tal-lupus, kumplikazzjoni frekwenti ta 'lupus erythematosus sistemiku (43).

Kampjuni tal-kliewi minn pazjenti b'lupus nefrite u minn kontrolli b'saħħithom ġew analizzati bl-użu ta 'scRNA-seq. Dan wera wieħed u għoxrin raggruppament immuni, inklużi bosta sottogruppi ta 'ċelluli majelojdi kemm f'risponsi proinfjammatorji kif ukoll f'risponsi li jsolvu l-infjammazzjoni: makrofaġi CD161 infjammatorji, makrofaġi CD161 fagoċitiċi, makrofaġi residenti fit-tessuti, makrofaġi M{{6}bħal CD161, u makrofaġi CD161, pDCs. Il-makrofaġi residenti fit-tessuti kienu l-grupp dominanti fil-kliewi b'saħħithom. Iċ-ċelloli majelojdi huma wkoll rikonoxxuti dejjem aktar bħala atturi ewlenin fir-rifjut tat-trapjant. Dangi et al. (18) użaw scRNA seq biex jiddissezzjona l-kontribuzzjoni ta 'sottogruppi ta' ċelluli majelojdi għar-rifjut ta 'trapjant tal-kliewi f'mudell tal-ġurdien. Tlettax-il raggruppament ġew identifikati bħala tipi ta 'ċelluli immuni, inklużi żewġ subsettijiet ta' makrofaġi, monoċiti, pDCs, cDCs, u popolazzjoni ta 'monoċiti/makrofagi li qed transizzjoni. Kif mistenni, in-numru ta 'ċelluli fil-clusters kollha ta' ċelluli immuni kien l-ogħla fir-rifjut tal-kliewi, segwit minn kliewi tollerizzati, u kien notevolment aktar baxx u spiss negliġibbli fil-kliewi naive. Raggruppament tal-makrofagi kien it-tieni l-aktar abbundanti wara ċ-ċelluli T. Interessanti, fost l-ogħla ġeni li jiddefinixxu cluster, Axl kien esklussivament espress biss mill-clusters ta 'ċelluli majelojdi li jinfiltraw tilqim makrofaġi cluster 1 u 2, u r-raggruppament ta' makrofagi/monoċiti, iżda mhux minn kwalunkwe tip ta 'ċelluli oħra. Il-makrofagi Axl11 instabu li kienu ogħla b'mod sinifikanti fil-kliewi rrifjutati versus tollerizzati, u Axl ippromwova differenzjazzjoni intragraft ta 'makrofaġi infjammatorji. Fi studju ieħor scRNA-seq, Wu et al. (32) analizza bijopsija allograft tal-kliewi minn riċevitur li qed jgħaddi minn rifjut akut. Huma identifikaw żewġ popolazzjonijiet distinti ta 'monoċiti, x'aktarx proinfjammatorji u klassiċi jew intermedji, li jappoġġjaw aktar ir-rwol taċ-ċelloli majelojdi fir-rifjut tal-kliewi fil-bnedmin.

Konklużjonijiet

Matul l-aħħar ftit snin, il-ġenomika ta 'ċellula waħda (bl-scRNA-seq li jwassal) ipprovdiet lir-riċerkaturi b'kaxxa ta' għodda sperimentali ġdida biex jiddissezzjona r-rwoli u l-interazzjonijiet ta 'tipi ta' ċelluli individwali fis-saħħa u l-mard. Qed tippermetti l-evalwazzjoni mill-ġdid tal-fehim tagħna tal-bijoloġija taċ-ċelluli majelojdi f'organi kumplessi, inklużi aspetti ta 'ontoġenija ċellulari, differenzjazzjoni, omeostażi, u firxa ta' stati ta 'attivazzjoni. Dan huwa speċjalment importanti fil-kliewi, fejn l-eteroġeneità u l-plastiċità taċ-ċelloli fil-kompartiment majelojde huma riflessi kemm taħt kundizzjonijiet omeostatiċi kif ukoll ta 'mard. L-integrazzjoni ta' settijiet ta' dejta minn esperimenti separati li jużaw kampjuni umani se tkun importanti; il-bnedmin huma ġenetikament eteroġeni u għandhom esponimenti ambjentali varjabbli, u l-akkwist ta' biżżejjed kampjuni jista' jkun sfida. Dan jenfasizza wkoll il-ħtieġa li nkomplu niddeterminaw it-traduzzjoni tas-sejbiet tagħna. L-applikazzjoni ta 'scRNA-seq kemm fir-riċerka bażika kif ukoll translazzjonali hija mistennija li tikber b'mod esponenzjali bl-avvanzi kontinwi u l-istandardizzazzjoni ta' metodi sperimentali u analitiċi.

għal aktar informazzjoni:ali.ma@wecistanche.com