Dank der Hochdurchsatz-Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) ist es möglich, Einzelzell-Transkriptom-Atlanten auf organischer Ebene zu erstellen. Beispielsweise wurden erfolgreich Zellatlanten für Wirbeltier- und Wirbellosensysteme erstellt, wie die Human Cell Landscape (HSC), Mouse Cell Atlas (MCA), Zebrafish Cell Landscape (ZCL) und Drosophila-Embryonen. Die meisten dieser Studien sind jedoch auf eine bestimmte Art oder einen bestimmten Zeitraum beschränkt und können daher keinen gründlichen Vergleich zwischen verschiedenen Arten und Geweben anstellen.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Assoc. Prof. Han Xiaoping und Prof. Guo Guoji von der Zhejiang University School of Medicine nutzten die Microwell-seq-Technologie, um über 2,6 Millionen einzelne Zellen von Mäusen, Zebrafischen und Drosophila in verschiedenen Lebensstadien zu profilieren. Auf der Grundlage dieser umfassenden Datensätze konstruierten sie eine artübergreifende Zelllandschaft und untersuchten gemeinsame Wege, die sich im Laufe ihrer Lebensdauer ändern. Ihre Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Nukleinsäureforschung.
Han & Guo et al. identifizierten die Tendenz von Zelltypen und Genen, die sich mit der Entwicklung und dem Alter bei Mäusen, Zebrafischen und Drosophila veränderten, und stellten fest, dass die Anteile der Immunzellen bei den drei Arten mit zunehmendem Alter allmählich zunahmen. Bei Mäusen nahm der Anteil der T-Zellen mit zunehmendem Alter ab, während der Anteil der B-Zellen zunahm; Auch die Entzündungsreaktion des Gewebes nahm mit zunehmendem Alter zu.
Die Genexpressionsverläufe zeigten während ihres gesamten Lebenszyklus ähnliche Trends bei den drei Arten: Immunantworten wurden aktiviert, während mitochondriale Stoffwechselwege herunterreguliert wurden. Darüber hinaus ergab die Analyse der Transkriptionsfaktorregulation, dass einige Zelllinien durch ähnliche Genfamilien über Arten hinweg reguliert wurden.
Speziesübergreifende Analysen bei Mäusen, Ratten, Zebrafischen, Drosophila und Nematostella zeigten, dass Immunantworten und Mitochondrienfunktionen zwei wichtige Signalwege im Alterungsprozess sind. Durch Messung der Transkriptionsfaktoraktivität und der Korrelationen zwischen hochregulierten und herunterregulierten Genen konnten Han & Guo et al. identifizierten einige Transkriptionsfaktoren, die möglicherweise an der Immunität, dem Fettstoffwechsel und dem Energiestoffwechsel beteiligt sind und bei mehreren Arten eine regulatorische Rolle im Alterungsprozess spielen.
Durch die Behandlung von zwei Jahre alten Mäusen mit dem von der FDA zugelassenen Medikament Pioglitazon (PGZ) stellten sie fest, dass der Alterungsphänotyp gelindert wurde. Dies zeigte, dass der mitochondriale Stoffwechsel und die Entzündung während des Alterns über intrinsische regulatorische Netzwerke miteinander verbunden sein könnten und die PGZ-Behandlung den oxidativen und entzündlichen Status, die Zellalterung und den Lipidstoffwechsel wirksam modulieren könnte.
Es wird erwartet, dass diese Studie wertvolle Ressourcen für die Erforschung von Linienentwicklung, Reifung und Alterung liefert.
Renying Wang et al, Konstruktion einer speziesübergreifenden Zelllandschaft auf Einzelzellebene, Nukleinsäureforschung (2022). DOI: 10.1093/nar/gkac633
Bereitgestellt von der Zhejiang-Universität