Para Peneliti Mengeksplorasi Teknologi Single-Cell Sequencing Untuk Memahami Mekanisme Molekuler Penyakit Autoimun

Read Also

Sebuah tinjauan baru-baru ini yang diterbitkan dalam Journal of Autoimmunity membahas aplikasi single-cell ribonucleic acid sequencing (scRNA-seq) dalam memahami gangguan autoimun.

Tinjauan tersebut secara komprehensif mencakup prinsip, prosedur, dan platform pengurutan yang digunakan dalam scRNA-seq, dan mengeksplorasi penggunaannya dalam memahami mekanisme sembilan penyakit autoimun dan autoinflamasi spesifik organ dan sistemik.

Latar belakang

Autoimmune diseases (AID) adalah fenomena kompleks yang melibatkan berbagai jenis sel. Penyakit terjadi ketika sistem kekebalan tubuh gagal mengenali sel dan komponennya dan meluncurkan respons kekebalan terhadapnya. Penyakit autoimun secara luas dibagi menjadi AID organ-spesifik dan non-organ-spesifik.

Penelitian menunjukkan bahwa AID dikaitkan dengan penurunan atau tidak adanya toleransi sel B dan T, dan situs antigen leukosit manusia umumnya terkait dengan peningkatan kerentanan terhadap AID. Sementara penelitian telah menguraikan mekanisme genetik dan imunologi dari beberapa AID, patogenesis dan pendorong molekuler atau lingkungan dari sebagian besar AID masih belum jelas.

Selain itu, banyak obat imunomodulator mengakibatkan reaksi yang merugikan seperti keganasan dan infeksi, dan heterogenitas sel dan jaringan pada pasien terkadang tidak menghasilkan perbaikan kesehatan. Pilihan pengobatan yang disesuaikan dan lebih efektif dapat dikembangkan dengan lebih memahami mekanisme molekuler patogenik AID menggunakan scRNA-seq.

Tujuan Review

Review ini bertujuan untuk menggambarkan prinsip-prinsip dasar scRNA-seq dan mendiskusikan prosedur dan platform pengurutan yang digunakan dalam proses tersebut. Para penulis juga membahas penerapan scRNA-seq dalam memahami sembilan penyakit non-organ spesifik dan 32 penyakit spesifik organ.

Tinjauan ini juga mengeksplorasi kombinasi teknologi sekuensing sel tunggal dan pendekatan analisis multi-dimensi dan multi-molekul dalam menargetkan mekanisme molekuler AID, yang akan memberikan dasar untuk memeriksa patogenesis dan penanda molekuler gangguan autoinflamasi dan autoimun di masa depan.

scRNA-seq pipeline

Tinjauan tersebut menjelaskan berbagai langkah proses scRNA-seq. Prosesnya dimulai dengan metode viable single-cell capture, seperti pengenceran serial dan fluorescence-activated cell sorting. Jaringan yang digunakan dalam scRNA-seq untuk AID terutama berasal dari darah atau sel darah tepi atau hati yang sakit, cairan sinovial, ginjal, atau usus, jaringan.

Setelah sel tunggal yang layak telah dipisahkan, seluruh transkriptom diamplifikasi melalui transkripsi terbalik untuk acquire complementary deoxyribonucleic acid (cDNA) dari RNA. cDNA diperkuat melalui transkripsi in vitro, penambahan homopolymer tail, atau mekanisme template-switching.

Gen penanda kemudian digunakan untuk membubuhi keterangan kluster sel, dan kluster dianalisis berdasarkan komposisi seluler. Inferensi lintasan digunakan untuk memahami keadaan transisi dan perubahan asinkron dalam fungsi biologis sel. Heterogenitas sel juga dinilai dengan menganalisis ekspresi gen diferensial. Evaluasi lain termasuk analisis set gen dan inferensi jaringan regulasi gen.

Berbagai platform pengurutan sekarang tersedia. Pilihan platform tergantung pada faktor-faktor seperti ketersediaan sampel, jumlah sampel yang akan dianalisis, anggaran, serta sensitivitas dan resolusi hasil yang diperlukan. Pra-pemrosesan data scRNA-seq melibatkan kontrol kualitas, mengoreksi efek batch, dan menormalkan data, diikuti oleh analisis hilir seperti pengelompokan sel dan lintasan dan analisis kumpulan gen.

Systemic AID dan scRNA-seq

Tinjauan tersebut memberikan laporan komprehensif tentang penggunaan scRNA-seq dalam memahami AID sistemik berikut rheumatoid arthritis, systemic lupus erythematosus, lupus nephritis, primary Sjogren’s syndrome, Kawasaki disease, systemic sclerosis, macrophage activation syndrome, multisystem inflammatory syndrome in children, dan Behcet's disease. Para penulis membahas pemahaman saat ini tentang immune microenvironment, novel pathogenic immune cells, transcriptional signatures, molecular heterogeneity dan variasi genetik dalam AID sistemik ini berdasarkan scRNA-seq yang dikombinasikan dengan teknik transkriptomik spatiotemporal lainnya.

Para penulis juga membahas berbagai macam AID spesifik organ, termasuk penyakit kulit; penyakit yang mempengaruhi mata, hati, pankreas, kandung empedu, otot, sendi, dan tulang; dan penyakit autoimun pada sistem pernapasan, saraf, gastrointestinal, kemih, reproduksi, dan peredaran darah.

Mereka membahas penggunaan scRNA-seq dalam memahami mekanisme penyakit kulit seperti vitiligo, dermatitis atopik, psoriasis, dan lain-lain. AID terkait sistem saraf yang dibahas dalam ulasan ini adalah multiple sclerosis, neuromyelitis optica spectrum disease, dan myasthenia gravis. Pada saat yang sama, gangguan autoimun pernapasan termasuk fibrosis paru idiopatik dan penyakit paru interstisial progresif cepat terkait antibodi anti-MDA5.

Tinjauan terperinci ini juga mencakup AID optik, seperti penyakit mata Graves dan glaukoma, penyakit autoimun kardiovaskular, termasuk miokarditis autoimun; dan AID hati dan kandung empedu, seperti hepatitis autoimun dan kolangitis sklerosis primer.

Pemahaman berbasis scRNA-seq tentang mekanisme diabetes mellitus tipe I, inflammatory bowel disease, bone dan muscle diseases seperti sindrom antibodi anti-sintetase, serta penyakit autoimun ginjal seperti sistitis interstisial, nefropati imunoglobulin A, dan end- stadium penyakit ginjal tercakup dalam tinjauan. Endometriosis dan keguguran berulang karena masalah autoimun juga dibahas.

Kesimpulan

Secara keseluruhan, ulasan tersebut menyajikan pemahaman menyeluruh tentang scRNA-seq pipeline dimulai dari metode isolasi single-cell hingga analisis hilir data sequence. Para penulis memberikan informasi penting tentang pemahaman saat ini tentang berbagai penyakit autoimun dan autoinflamasi sistemik dan spesifik organ berdasarkan teknik scRNA-seq.

Journal reference:

Zeng, L., Yang, K., Zhang, T., Zhu, X., Hao, W., Chen, H., & Ge, J. (2022). Research progress of single-cell transcriptome sequencing in autoimmune diseases and autoinflammatory disease: A review. Journal of Autoimmunity. doi: https://doi.org/10.1016/j.jaut.2022.102919 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896841122001275?via%3Dihub