Einzelzelle und Immunität: Besseres Verständnis der Heterogenität von Immunzellen durch Einzelzellsequenzierung

Das empfindliche Gleichgewicht der Immunität wird durch häufiges Übersprechen und komplizierte Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Zelltypen vermittelt. Immunzellen sind hinsichtlich Zelltyp und Aktivierungsstatus sehr heterogen. Methoden zur Gewebe- und Massenzellsequenzierung erfassen die Gesamtsignaturen gemischter Proben, wobei die subtilen Gensignaturen seltener, aber funktionell wichtiger Zelltypen durch reichlich vorhandene Zellpopulationen abgedeckt werden.

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Darüber hinaus sind intra- und interzelluläre Kommunikationen, die wesentliche Hinweise für die Proliferation, Differenzierung, Reifung, Migration und den Übergang von Immunzellen enthalten, mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu charakterisieren. Das aktuelle Sonderthema konzentrierte sich auf den raschen Fortschritt einzelzellbasierter Studien zu infektiöser Immunität, Krebsimmunologie, angeborener Immunität und Störungen des Immunsystems, wie in Abbildung 1 dargestellt.

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Die Einzelzellsequenzierung hat wissenschaftliche Auswirkungen auf die klinische und translationale Entdeckung. Im letzten Jahrzehnt hat die Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) eine wahre Revolution in der immunologischen Forschung ausgelöst. Als Werkzeuge zur molekularen Profilierung einzelner Zellen ermöglichen scRNA-seq-Technologien ein besseres Verständnis der mit einzelnen Immunzellen verbundenen Heterogenität und der Reaktionen auf molekularer Ebene unter physiologischen und pathologischen Bedingungen.1 Die auf Einzelzellsequenzierung basierenden Studien haben erfolgreich neue identifiziert Untergruppen von Immunzellen und Entwicklungsverläufe.2 Infektionskrankheiten und Krebserkrankungen stellen eine dringende Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar. Es bleibt eine große Herausforderung, unser Verständnis des molekularen Mechanismus der Immunregulation in klinische Therapien umzusetzen.

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Mit der scRNA-seq-Technologie wurden große Durchbrüche erzielt. Beispielsweise wurden die unterschiedlichen Immunantwortwege zwischen Infektionen mit dem Influenza-A-Virus und dem schweren akuten respiratorischen Syndrom-Coronavirus-2 (SARS-CoV-2) mit Einzelzellauflösung aufgedeckt.3 Das SARS-CoV{{ 7}}Neutralisierende Antikörper wurden mithilfe von scRNA-seq von Antigen-angereicherten B-Zellen von COVID-19-Patienten identifiziert.4 Der gewebeübergreifende Immunatlas und der Entwicklungs-Immunatlas von Menschen wurden systematisch erstellt.5,6 Die scRNA-seq Technologie hat sich als wirksames Werkzeug erwiesen, um Mechanismen der Immunflucht in Tumorgeweben aufzudecken.7

ABBILDUNG 1 Das Thema Einzelzelle und Immunität konzentriert sich hauptsächlich auf Störungen des Immunsystems, infektiöse Immunität, Krebsimmunität, entzündliche Immunität, virusassoziierte Immunität und angeborene Immunität. Schematische Diagramme wurden mit BioRender.com erstellt.

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Es gibt schnelle Fortschritte bei Analysetools für Einzelzellen. Für die Speicherung und Analyse von Einzelzelldatensätzen wurde eine Vielzahl umfassender Online-Datenbanken entwickelt.8–13 Es ist dringend erforderlich, weitere Bioinformatik-Tools für die Datenintegration aus verschiedenen Technologien und Datentypen zu entwickeln. Eine entscheidende Aufgabe besteht darin, die Annotation von Immunzellen zu standardisieren und das gesamte Spektrum an Datentypen auszuschöpfen. Dies ermöglicht die Zusammenarbeit bei der Datenanalyse zwischen Wissenschaft, Industrie und klinischen Einrichtungen. Somit wird die koordinierte Anstrengung dieser Sonderausgabe unser Verständnis der immunologischen Forschung und Therapien verbessern.

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VERWEISE

1. Giladi A, Amit I. Einzelzellgenomik: ein Sprungbrett für zukünftige immunologische Entdeckungen. Zelle. 2018;172(1):14-21. https://doi.org/ 10.1016/j.cell.2017.11.011

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3. Zhu L, Yang P, Zhao Y, et al. Die Einzelzellsequenzierung peripherer mononukleärer Zellen zeigt unterschiedliche Immunantwortlandschaften von COVID-19- und Influenza-Patienten. Immunität. 2020;53(3):685- 696. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2020.07.009. e3.

4. Cao Y, Su B, Guo X, et al. Starke neutralisierende Antikörper gegen SARS-CoV-2, identifiziert durch Hochdurchsatz-Einzelzellsequenzierung der B-Zellen rekonvaleszenter Patienten. Zelle. 2020;182(1):73-84. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.05.025. e16.

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6. Domínguez Conde C, Xu C, Jarvis LB, et al. Die gewebeübergreifende Immunzellanalyse deckt gewebespezifische Merkmale beim Menschen auf. Wissenschaft. 2022;376(6594):eabl5197. https://doi.org/10.1126/science.abl5197

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8. Chen D, Tan C, Ding P, et al. VThunter: eine Datenbank für das Einzelzell-Screening von Virus-Zielzellen im Tierreich. Nukleinsäuren Res. 2022;50(D1):D934-D942. https://doi.org/10.1093/nar/gkab894

9. Chen Y, Zhang X, Peng X, et al. GESCHWINDIGKEIT: Einzelzell-Pan-Arten-Atlas im Lichte von Ökologie und Evolution für Entwicklung und Krankheiten. Nukleinsäuren Res. https://doi.org/10.1093/nar/gkac930. Online veröffentlicht am 28. Oktober 2022:gkac930.

10. Han X, Wang R, Zhou Y, et al. Kartierung des Mauszellatlas durch Microwell-Seq. Zelle. 2018;172(5):1091-1107. https://doi.org/10. 1016/j.cell.2018.02.001. e17.

11. Chen D, Sun J, Zhu J, et al. Einzelzellatlas für 11 Nichtmodell-Säugetiere, Reptilien und Vögel. Nat Commun. 2021;12(1):7083. https://doi.org/10.1038/s41467-021-27162-2

12. Han X, Zhou Z, Fei L, et al. Aufbau einer menschlichen Zelllandschaft auf Einzelzellebene. Natur. 2020;581(7808):303-309. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2157-4

13. Ma P, Liu X, Xu Z, et al. Gemeinsame Profilierung der Genexpression und der Zugänglichkeit von Chromatin während der Amphioxus-Entwicklung bei Einzelzellauflösung. Cell Rep. 2022;39(12). https://doi.org/10. 1016/j.celrep.2022.110979