Le scRNA-seq multi-organes révèle que le ciblage de régulateurs pro- ou anti-inflammatoires peut être exploité pour un traitement personnalisé des maladies immunitaires

Dans une étude récente publiée dans Cellule Rapports Médecineles chercheurs ont effectué le séquençage de l’acide ribonucléique (ARN) unicellulaire multi-organes (scRNA-seq) du modèle murin d’arthrite induite par le collagène (CIA) pour évaluer les altérations des maladies inflammatoires à médiation immunitaire (IMID) en caractérisant le génome, en organisant l’organome, et la hiérarchisation des voies dans les données multi-organes.

Arrière-plan

De nombreux patients IMID ne présentent pas de réponse adéquate au traitement. Les mécanismes moléculaires, les cibles thérapeutiques et les biomarqueurs des IMID doivent être analysés en profondeur pour un traitement réussi ; cependant, l’interaction de plusieurs gènes complique l’analyse. La gestion de diverses manifestations cliniques à l’échelle de l’organome justifie des recherches supplémentaires sur les organes affectés pour disséquer la complexité et l’hétérogénéité des processus moléculaires sous-jacents.

Les études doivent déterminer si les changements immunologiques pourraient être organisés en structures primordiales, permettant des analyses systématiques et détaillées, et si la hiérarchie pourrait être exploitée pour hiérarchiser les cibles moléculaires pour le diagnostic et la thérapie.

À propos de l’étude

Dans la présente étude, les chercheurs ont effectué une analyse de séquençage d’ARN unicellulaire à l’aide d’un modèle CIA pour développer des stratégies au niveau du système définissant des structures liées à l’IMID qui pourraient être vérifiées pour les IMID humains.

Des animaux murins DBA1/J (n = 6,0) atteints d’arthrite induite par le collagène et des animaux murins témoins (n ​​= 4,0) ont été utilisés pour les analyses. L’équipe a organisé les modifications immunologiques dans un modèle de maladie multi-organes et multicellulaire (MO-MCDM), montrant les interactions moléculaires estimées au sein et entre les organes. Des méta-analyses des IMID humains ont été effectuées, suivies d’analyses intégrées des informations multi-organes du modèle murin d’arthrite induite par le collagène et de 10,0 maladies inflammatoires à médiation immunitaire humaine.

L’équipe a analysé dix organes, à savoir les articulations, les ganglions lymphatiques, le sang, la peau, le thymus, les poumons, les muscles des membres, le foie, les reins et la rate, chez ≥1,0 ​​souris gravement arthritiques et souris témoins en bonne santé. Après contrôle de la qualité, 3 320, 814, 2 230, 4 565 et 1 167 cellules ont été récupérées de la rate, des poumons, des articulations, des muscles et de la peau, respectivement. Pour évaluer l’inflammation des organes, une analyse histologique des organes a été réalisée. Les interactions moléculaires ont été déduites de manière bioinformatique en reliant les gènes exprimés de manière différentielle (DEG) dans les différents types de cellules avec leurs régulateurs en amont estimés (UR).

Les DEG liés à leurs UR estimées étaient les cibles moléculaires en aval. Les UR estimées être libérées dans le sang ont été citées dans l’atlas des protéines humaines. De plus, des analyses d’enrichissement et de voie conjonctive d’études d’association à l’échelle du génome (GWAS) ont été effectuées. Les effets du facteur de nécrose tumorale (TNF) dans le traitement de la rectocolite hémorragique et de la maladie de Crohn ont été évalués.

Résultats

Les résultats de scRNA-seq de l’arthrite de la souris ont montré des changements compliqués et divers à l’échelle de l’organome, du génome et du cellulome. Cependant, seules les articulations présentaient des signes inflammatoires, notamment une importante infiltration leucocytaire dans la synoviale et le cartilage, avec hyperplasie synoviale et destruction osseuse. Les DEG dans les articulations ont augmenté l’inflammation, tandis que les DEG dans d’autres organes ont réduit l’inflammation. Les changements pourraient être activés et désactivés par des UR pro- ou anti-inflammatoires. Un changement immunologique similaire, bien que gradué, a été observé pour les maladies immunologiques humaines, et les UR pourraient être exploitées pour des thérapies personnalisées.

Le système de commutation a montré le potentiel de hiérarchiser, de diagnostiquer et de traiter les combinaisons optimales d’UR aux niveaux IMID, sous-groupe et individuel. Les résultats ont été étayés par les résultats de l’analyse UR dans plus de 600,0 échantillons de sérum de patients atteints de lupus érythémateux disséminé et de patients IMID ne répondant pas au traitement anti-TNF. Les changements immunologiques ont pu être organisés en un MO-MCDM dans lequel tous les organes interagissaient sans hiérarchie évidente, avec 1 966,0 interactions inter-organes identifiées et régulées par 48 UR.

Les résultats de l’analyse DEG ont montré que 64,0 % des gènes impliqués dans 428,0 voies étaient partagés par plusieurs voies, avec un chevauchement entre l’encyclopédie des gènes et des génomes de Kyoto (KEGG) et les voies d’analyse des voies d’ingéniosité (IPA). Les niveaux d’IL-1β étaient élevés dans les muscles, tandis que les niveaux de TNF étaient réduits et le facteur de croissance anti-inflammatoire UR tumoral bêta (TGF-β) était élevé.

En revanche, les niveaux de TNF et d’IL-1β étaient élevés dans les articulations, mais pas les leviers de TGF-β. Par conséquent, l’équilibre UR modifié pourrait être considéré comme un interrupteur marche/arrêt pour l’inflammation, expliquant l’inflammation se produisant exclusivement dans les articulations.

Les résultats ont indiqué un système de commutation gradué dans lequel l’état non enflammé était intermédiaire entre les extrêmes des états sains et inflammatoires. L’enrichissement GWAS a été observé dans 72,0 % des ensembles de données IMID, l’odds ratio médian (OR) pour les plus significatifs étant de 5,3. L’analyse = a montré des voies pro-inflammatoires telles que l’IL-6, le récepteur des cellules B (BCR) et des voies de réponse de phase aiguë, activées dans les articulations et inhibées dans les muscles et des schémas contrastés pour les voies anti-inflammatoires telles que les proliférateurs de peroxysome activés récepteur (PPAR).

Dans les muscles, les UR pro-inflammatoires telles que l’apolipoprotéine (Apoe) et le TNF ont été régulées à la baisse, tandis que les UR anti-inflammatoires telles que le TGF-β1 ont été régulées à la hausse. Dans les sites non enflammés, des voies pro-inflammatoires telles que celles impliquées dans l’extravasation des leucocytes et la signalisation du tueur naturel ont été activées, ce qui pourrait contribuer à l’inflammation chronique, en activant l’interrupteur.

Pour tous les IMID combinés, 389 UR estimées ont été trouvées, avec 79,0 UR (médiane) pour chaque maladie, dont huit UR étaient partagées par tous les IMID (à l’exception du syndrome de Sjogren), à savoir l’interféron-gamma (IFN-γ), de type péage récepteur 3 (TLR-3), récepteur des androgènes (AR), récepteur bêta des œstrogènes (ER-β), IL-1α, IL-1β, TNF et Fas.

Conclusion

Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré que les interactions génétiques compliquent la gestion des maladies immunologiques. Des analyses intégrées de souris arthritiques et d’IMID humains ont montré des altérations à l’échelle de l’organome, du génome et du cellulome qui pourraient être activées ou désactivées par des régulateurs anti- ou pro-inflammatoires en amont. Par conséquent, les UR peuvent être ciblés pour développer des thérapies personnalisées pour les IMID.