В одноклеточном атласе обнаружены основные строительные блоки язвенного колита

В одноклеточном атласе раскрываются основные строительные блоки язвенного колита
                Снимок Т-клеток, экспрессирующих CD4 (зеленый), CD8 (белый) и IL-17 (красный) в воспаленной ткани толстой кишки. Предоставлено: Малика Суд, Грейс Бургин и Моше Битон.

Воспалительные заболевания кишечника — это хронические, болезненные заболевания кишечника, от которых страдают примерно 1,5 миллиона человек в Соединенных Штатах. Тем не менее, основные механизмы этих заболеваний, которые включают язвенный колит и болезнь Крона, не совсем понятны. Даже пациенты с одним и тем же диагнозом могут иметь резко отличающиеся реакции на лечение, и их симптомы могут быть трудно предсказуемыми.
                                                                                       

Команда, возглавляемая исследователями из Института им. Широкого Массачусетского технологического института и Гарварда, Массачусетской больницы общего профиля (MGH) и Массачусетского технологического института, в настоящее время анализирует ткани кишечника у пациентов с язвенным колитом и здоровых людей, создавая «атлас» здоровых и больных толстой кишки и предоставление карты высокого разрешения этого сложного заболевания.

Изучив 366 650 отдельных клеток из когорты из 30 пациентов и здоровых людей, ученые выявили изменения в составе ткани, сделали вывод о том, как меняются взаимодействия между различными типами клеток во время заболевания, и определили, в каких клетках и путях заболевания связанные гены действуют. Данные также указывают на новые подгруппы клеток, которые могут быть вовлечены в лекарственную устойчивость, которая затрагивает около трети пациентов, и включают дополнительные гены, которые могут увеличить риск язвенного колита. Работа появляется в Cell.

«Наличие карты общей молекулярной активности и изучение клеточной биологии, изменяющейся при заболевании, открывает двери для новых диагностических и терапевтических гипотез, которые мы теперь можем исследовать, чтобы в конечном итоге улучшить здоровье пациентов», — сказал со-старший автор Рамник Ксавье, член основного института и со-директор Программы по инфекционным болезням и микробиомам в Broad и директор Центра вычислительной и интегральной биологии в MGH.

Соавторы исследования — Кристофер Смилли, Моше Битон и Хосе Ордовас-Монтаньес. Другие соавторы — Эшвин Анантакришнан, директор Центра Крона и Колита в MGH; Алекс Шалек, член института в Broad, доцент Pfizer-Laubach по карьерному развитию в IMES, химии и институте Коха в MIT, а также ассоциированный член в институте Ragon; и Авив Регев, член основного института и директор Клеточной обсерватории Клармана в Броуде, профессор биологии в Массачусетском технологическом институте и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.

Это исследование является частью международного проекта «Атлас клеток человека», одним из основателей которого является Регев. Данные этого исследования доступны через портал для единой ячейки и DUOS.

Проверка кишечника

Для создания клеточного атласа команда собрала 68 небольших биопсий из толстой кишки 18 пациентов с язвенным колитом и 12 здоровых людей, одной из самых больших групп для этого типа исследования. Анализ отдельных клеток выявил 51 подмножеств иммунных, эпителиальных и других типов клеток в ткани.

Образцы тканей от пациентов и здоровых людей показали критические различия как в пропорциях определенных клеток, так и в их вероятном взаимодействии друг с другом. Например, образцы пациентов имели более высокие пропорции фибробластов особого типа, связанных с воспалением, и Т-клеток, которые коэкспрессируют CD8 и IL-17. Команда также обнаружила редкое подмножество эпителиальных клеток, называемых микроразновидными клетками, которые обычно видны только в тонкой кишке, но появляются в толстой кишке у пациентов с язвенным колитом.

            В одноклеточном атласе раскрываются основные строительные блоки язвенного колита
                Снимок Т-клеток, экспрессирующих CD4 (зеленый), CD8 (белый) и IL-17 (красный) в воспаленной ткани толстой кишки. (Фото: Малика Суд, Грейс Бургин и Моше Битон)

Вычислительные данные показали, что эти клеточные популяции передают сигналы друг другу и контролируют другие взаимодействия между различными подмножествами клеток, что позволяет предположить существенную перестройку сети сотовой связи в больных толстых кишках.

Понимание лекарственной устойчивости

Команда также получила дополнительное представление о возможном механизме лекарственной устойчивости у пациентов с язвенным колитом. Белок, известный как фактор некроза опухоли (TNF), часто обнаруживается на более высоких уровнях у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника, а препараты против TNF уменьшают воспаление и заживают ткани у многих пациентов. Тем не менее, примерно 30 процентов пациентов не реагируют на лечение, а многие из них со временем приобретают резистентность.

Исследователи ранее идентифицировали гены, экспрессия которых была связана с устойчивостью к лечению, но было неясно, какие именно типы клеток в толстой кишке экспрессировали эти гены. Используя данные по отдельным клеткам, команда обнаружила, что одним из главных виновников, связанных с лекарственной устойчивостью, являются фибробласты, связанные с воспалением. Исследование выявило другие клетки, с которыми могут взаимодействовать фибробласты, чтобы способствовать устойчивости к лекарственным препаратам, и предположило, что фибробласты могут реагировать на сигнальную молекулу, называемую OSM, чтобы обходить пути TNF и избегать лекарств.

Это открытие может однажды быть использовано для идентификации пациентов, у которых может развиться лекарственная резистентность, говорит Смилли: «Пациентов с этими маркерами устойчивости можно было заранее определить и, возможно, дать другое лекарство в сочетании с терапией анти-ФНО для лечения». их болезнь, направленная на эти конкретные клетки. «

Новые генетические детали

Предыдущие генетические исследования пациентов с язвенным колитом выявили многие связанные с заболеваниями области генома, но исследователи часто не знают, в каких клетках и путях действуют эти гены, что затрудняет возможность их дальнейшего изучения. Используя новый атлас клеток, исследовательская группа определила как типы клеток, которые экспрессируют эти гены, так и их возможные функции. Например, клетки, подобные микроразложению, экспрессировали многие связанные с болезнью гены на высоких уровнях, что свидетельствует о важной роли этих клеток при язвенном колите.

Эта работа также предоставляет общее руководство для определения того, какие подмножества клеток экспрессируют соответствующие генетические варианты при других заболеваниях, сказали авторы.

«Наш анализ обеспечивает основу для использования анализа отдельных клеток в качестве дорожной карты для нового понимания здоровья человека, получения множества отдельных генов и клеток в сложной ткани и выделения ключевых генов, путей, клеток и взаимодействий, которые лежат в основе болезни «, говорит Регев. «Это было серьезное совместное усилие, от клинических до экспериментальных и вычислительных членов команды, и мы надеемся, что анализ проложит путь к объединению генетики и одноклеточной геномики для лучшего понимания сложных заболеваний».

Поделится с друзьями

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *