Одноклеточная транскриптомика выявила нарушение межклеточных взаимодействий почечного фильтра после раннего и избирательного повреждения подоцитов Ⅲ

Обсуждение

Дисфункция подоцитовипотеряявляютсяпричина многих прогрессирующих заболеваний почек. В этом исследовании scRNAseq использовалась для анализа транскрипционных сетей и клеточных перекрестных помех вклубочковый отсеквскоре после индукции избирательного повреждения подоцитов. В исследовании использовалась модель iCTCFpod через 1 неделю после индукции для создания одноклеточной карты почечного фильтра на самых ранних стадиях.повреждение подоцитов. Это комплексное исследование клубочковых клеток, первое, в котором оценивалось влияние специфических и избирательных генетических нарушений, выявило четыре важных открытия опочечный фильтрв здоровье и болезни.

НОВЫЕ ТРАВЫ ДЛЯДИСФУНКЦИЯ ПОДОЦИТОВ

Сначала scRNAseq проводили после 1 недели лечения доксициклином, чтобы вызвать делецию CTCF у iCTCFpod/животных, чтобы обнаружить самые ранние транскрипционные изменения, которые происходят после повреждения подоцитов. Хотя количественная оценка подоцитов с помощью анализа изображений выявила статистическую разницу в количестве подоцитов в WT и iCTCFpod/клубочках после 2 недель лечения доксициклином,13 снижение подоцитов в iCTCFpod/клубочках наблюдалось даже после 1 недели индукции доксициклином. Это открытие предполагает, что нарушение транскрипционных программ, критически важных для выживания подоцитов, предшествует гистологически обнаруживаемому повреждению и потере подоцитов, и подчеркивает способность scRNAseq в распознавании тонких изменений, которые могут быть пропущены при гистологическом анализе. На высоком уровне это открытие предполагает, что усилия по разработке защитной терапии подоцитов должны быть сосредоточены на предотвращении повреждения подоцитов как можно раньше во время заболевания.

Во-вторых, обогащение клубочков из целых почек с использованием метода просеивания было использовано для увеличения доли изолированных гломерулярных клеток, которые были извлечены, включая редкую популяцию ПЭК, которые не были захвачены в предыдущих исследованиях scRNAseq.9,22,51 Кроме того, были идентифицированы все основные типы клеток почки. Эта идентификация дает возможность будущим исследованиям оценить транскрипционные изменения, вызванные повреждением подоцитов во всей почке, что углубляет понимание транскрипционных событий во всей почке, которые приводят к прогрессированию ХБП.

В-третьих, данные свидетельствуют о том, что модель iCTCFpod/мышь повторяет многие аспекты заболеваний человека на уровне транскрипции, включая дифференциальную экспрессию генов, критически важных для присоединения подоцитов к GBM и аутокринных лигандов про-выживания. Поскольку прикрепление подоцитов к GBM имеет решающее значение для их функции, усиление регуляции Col4a5 и других генов в программах генов клеточной адгезии подтверждает модель, согласно которой подоциты реагируют на первоначальное повреждение, увеличивая прилипание к GBM. Человеческие мутации в генах фокальной адгезии подоцитов, включая гены актинового цитоскелета, коллаген типа IV и интегрины, были вовлечены в ФСГС и/или нефротический синдром.52,53 Кроме того, лиганд-рецепторный анализ показал, что сигнальные молекулы, участвующие в ДБП человека, также нарушается в мышиной модели CTCF (например, BMP4 и Col4a1).41,42,44 Мы также наблюдали нарушение регуляции двух ключевых аутокринных лигандов, способствующих выживанию, Vegfa и Pdgfb, роль которых хорошо установлена ​​in vitro и in vivo, а также изменения их экспрессия и/или активность были связаны с заболеваниями почек человека, такими как тромботические микроангиопатии и DKD.54 В частности, терапия против VEGF, распространенное лечение рака, приводит к почечной тромботической микроангиопатии,55 и экспрессия Pdgfb увеличивается у человека. образцы биопсии почек пациентов с ДБП и мезангиальным пролиферативным гломерулонефритом.56e58 В совокупности эти данные подтверждают мнение о том, что модель iCTCFpod/мышь может предложить достаточно точный транскрипционный профиль ранних изменений клубочков, имеющих отношение к нескольким заболеваниям почек человека.

Благодарности

Мы благодарим Авива Регева, Орит Розенблатт-Розен и членов группы Regev за постоянные консультации по одноклеточной технологии и вычислительным подходам, а также платформу Broad GP для услуг по секвенированию.

Вклад автора

ARC, JM и AG разработали эксперименты; ARC провела эксперименты на животных при содействии YZ, а MSMARC выполнила компьютерный анализ данных секвенирования одноклеточной РНК; LN создала и секвенировала 10 библиотек; JM проводил эксперименты HCR; HC провел вычислительный анализ HCR для количественной оценки; АГ руководил проектом; и ARC и AG написали рукопись. Все авторы прочитали, прокомментировали и одобрили рукопись.

Ссылки

1. Вебстер А.С., Наглер Э.В., Мортон Р.Л., Массон П.:Хроническая болезнь почек. Ланцет 2017, 389:1238e1252

2. Скотт Р.П., Кваггин С.Е.: Серия обзоров: клеточная биология почечной фильтрации. J Cell Biol 2015, 209:199e210

3. Грека А. Генетика человека.нефротический синдроми стремление к точной медицине. Курр Опин Нефрол Гипертензия 2016, 25:138e143

4. Криз В., Ширато И., Нагата М., ЛеХир М., Лемли К.В.: Реакция подоцитов на стресс: загадка стирания отростков стопы. Am J Physiol Ren Physiol 2013, 304: F333eF347

5. Еремина В., Куи С., Гербер Х., Феррара Н., Хайг Дж., Надь А., Эма М., Россант Дж., Джоти С., Майнер Дж. Х., Кваггин С. Е. Фактор роста эндотелия сосудов, для которого необходима передача сигналов в подоцит-эндотелиальном компартменте. Миграция и выживание мезангиальных клеток. Дж Ам Сок Нефрол 2006, 17:724e735