Front Immunol：单细胞分辨下系统性红斑狼疮患者外周血单核细胞染色质可及性的研究
2022-03-18 医路坦克 MedSci原创
系统性红斑狼疮(SLE)是一种多种免疫细胞参与的自身免疫性疾病。我们的目标是在单细胞分辨率下揭示SLE患者外周血单个核细胞(PBMC)染色质的可及性，并识别可能驱动异常免疫反应的转录因子(TF)。
系统性红斑狼疮(SLE)是一种慢性炎症性自身免疫性疾病，影响身体的每个器官和系统。免疫系统中耐受性的丧失会导致自身抗体的产生、免疫复合体的沉积和补体的激活，从而导致全身炎症和靶组织损伤。根据家庭研究和双胞胎之间的符合率，遗传因素是SLE易感性的关键因素。然而，基因序列本身只解释了一小部分SLE的遗传性。表观遗传标记已经成为了解部分缺失遗传性的关键，而特定细胞类型基因组中的非编码元件对于理解SLE的发病机制至关重要。然而，其相关的发病机制却知之甚少。
遗传和转录组学分析揭示了一些与SLE相关的基因和非编码基因座。结果，已知超过80个SLE风险基因座会影响SLE易感性，并且大多数风险变异会改变控制基因表达的调控元件。由于染色质可及性在基因调控和基因组稳定性中起着至关重要的作用，并且由于染色质可及性模式的变化可能会改变基因组调控区对关键蛋白质的可及性，因此染色质可及性模式正在成为人类疾病的重要组成部分。值得注意的是，SLE患者免疫细胞染色质可及性的评估落后于其他全基因组测量，如DNA修饰或转录。
转座酶可及染色质测序(ATAC-SEQ)技术因其简单和灵敏而被广泛应用于碱基对分辨率的全基因组染色质可及性图谱分析。最近发展了一种用于单细胞分析的基于平板的ATAC-SEQ方法(scATAC-SEQ)，以绘制开放染色质区域并识别调节区。这种方法具有以下优点：(1)识别不同的细胞类型，包括微妙和罕见的细胞亚型；(2)揭示细胞类型特异的转录因子(TF)基序；(3)允许探索细胞类型特异的基因调控网络。用scATAC-seq研究SLE患者的血源性细胞有助于无偏见地理解相关细胞亚群的作用，并揭示细胞类型特异性基因调控的机制。
因此，我们使用SCATAC-SEQ方法分析了7例SLE患者和12例健康对照外周血单个核细胞(PBMC)的开放染色质区域。我们鉴定了SLE患者的细胞类型，并在进行细胞聚集后研究了新的和稀有的细胞群。我们还分析了细胞类型特定的调控模式，并总结了SLE患者和健康对照组之间存在显著差异的TF基序。通过基因本体论(GO)和京都基因和基因组百科全书(KEGG)的分析，我们探索了与SLE相关的靶基因和关键信号通路，为SLE的发病机制提供了深入的了解。
应用单细胞测序转座酶可及染色质测序(scATAC-seq)方法，在单细胞分辨率下绘制SLE患者免疫细胞中活性调节DNA的图谱，然后对SLE患者PBMC进行聚类、峰注释和基序分析。
在不使用抗体的情况下，外周血单个核细胞根据其类型强健地聚集在一起。我们确定了20种可驱动SLE患者异常免疫反应的TF激活模式。然后，我们通过改变T细胞活性，观察到了与SLE发病密切相关的10个基因。最后，我们发现了调控上述6个基因(CD83、ELF4、ITPKB、RAB27A、RUNX3和ZMIZ1)的12个关键转录因子，它们可能与SLE的发病机制有关，并且在SLE患者中显著丰富(P<0.05，FC>2)。通过对B细胞CD83、ELF4、RUNX3和ZMIZ1的定量聚合酶链式反应实验，我们观察到7种转录因子(EWSR1-FLI1、MAF、MAFA、NFIB、NR2C2(Var))对ELF4、RUNX3和ZMIZ1基因的表达有显著的调控作用。同时，7个TF在SLE患者中显示高度可及的结合部位。
图1：根据scATAC-seq对人PBMC进行的特定细胞类型的聚类。(A)为scATAC-seq分离PBMC的过程示意图；(B)SLE_PBMC和NC_PBMC组读数中片段长度分布的直方图；(C)显示TSS处片段丰富的直方图；(D)SLE_PBMC和NC_PBMC组中细胞群体的tSNE图；(E)用于标记簇的规范细胞标记的tSNE图，按表达水平进行颜色编码(从灰色到红色)；(F)细胞类型特定的TF基序的tSNE图(左)，按表达水平进行颜色编码(从灰色到红色)，以及显示15个TF基序在不同簇之间有显著差异(p<0.05)的Venn图(右)。PBMC，外周血单核细胞；scATAC-seq，单细胞测序分析转座酶可及染色质；SLE_PBMC，系统性红斑狼疮(SLE)患者PBMC；NC_PBMC，正常人PBMC；NK细胞，自然杀伤细胞；DC，树突状细胞；TF，转录因子；TSS，转录起始位点。使用Loupe Cell Browser 3.1.1通过差异分析功能计算p值，并使用Benjamini-Hochberg校正对多次测试进行调整。
图2：人类PBMC的表观基因组分析。(A)用于比较SLE_PBMC和NC_PBMC文库的每种细胞类型中的细胞比率；(B)用于比较SLE_PBMC和NC_PBMC文库的每种细胞类型中不同峰的数目(p<0.05)；(C)用于比较SLE_PBMC和NC_PBMC文库的每种细胞类型中不同TF基序的数目(p<0.05)；(D)B细胞、DC、单核细胞、NK细胞和T细胞的tSNE图，按其相关的亚群进行颜色编码；(E)用于比较SLE_PBMC和NC_PBMC文库的每个亚群中的细胞比率；(F)用于比较SLE_PBMC和NC_PBMC文库的每个亚群中不同峰的数目(p<0.05)；(G)用于比较SLE_PBMC和NC_PBMC文库的每个亚群中不同TF基序的数目(p<0.05)；PBMC，外周血单核细胞；SLE_PBMC，来自系统性红斑狼疮(SLE)患者的PBMC；NC_PBMC，来自健康对照组的PBMC；NK细胞，自然杀伤细胞。使用Loupe Cell Browser 3.1.1通过差异分析功能计算p值，并使用Benjamini-Hochberg校正对多次测试进行调整。
图3：SLE_PBMC和NC_PBMC文库之间显著差异峰的功能分析(p<0.05)：(A)未知人群中SLE_PBMC和NC_PBMC文库之间16个差异基因的GO分析；(B)B细胞中SLE_PBMC和NC_PBMC文库之间447个差异基因的GO分析；(C)NK细胞亚群4(NK-4)中SLE_PBMC和NC_PBMC文库之间917个差异基因的GO分析；(D)对T细胞亚群1(T-1)中SLE_PBMC和NC_PBMC文库之间的11个差异基因进行GO分析；(E)GO分析揭示B细胞亚群3(B-3)中最重要的10条途径；(F)GO分析揭示DC亚群2(DC-2)中最重要的10条途径；(G)GO分析揭示单核细胞亚群3(单核细胞-3)中最重要的10条途径；(H)文氏图显示与T细胞激活相对应的基因在(E-G)中的分布；(I)在BCL11B附近具有跨B细胞亚群和单核细胞亚群的不同可及性的示例基因座；(J)显示52个观察到的浓缩的Tf基序在SLE_PBMC和NC_PBMC文库之间的分布的Venn图。GO，基因本体论；SLE_PBMC，系统性红斑狼疮(SLE)患者PBMC；NC_PBMC，正常人PBMC；NK细胞，自然杀伤细胞；DC，树突状细胞；TF，转录因子。使用Loupe Cell Browser 3.1.1通过差异分析功能计算p值，并使用Benjamini-Hochberg校正对多次测试进行调整。
图4：识别T细胞激活途径中的关键TF调节因子及其调控网络。(A)维恩图，显示在B-3、单核细胞-3和DC-2中丰富的TF调节因子在SLE_PBMC和NC_PBMC文库之间的分布(p<0.05，fc>2)以及参与调控靶基因(BCL11B、CCR7、CD83、ELF4、ITPKB、NCK2、NKAP、RAB27A、RUNX3和ZMIZ1)的157个TF调节因子在(A)中共享的TF的位置权重矩阵(PWM)；(C)RAB27A、RUNX3、ZMIZ1、ITPKB、CD83和ELF4附近的示例基因座，在DC-2和B-3的SLE_PBMC和NC_PBMC文库之间具有不同的可及性。系统性红斑狼疮(SLE)患者的SLE_PBMC、PBMC；正常人的NC_PBMC、PBMC；NK细胞、自然杀伤细胞；DC、树突状细胞。使用Loupe Cell Browser 3.1.1通过差异分析功能计算本手稿中的p值，并使用Benjamini-Hochberg校正法对其进行多次测试。
这些结果证实了使用单细胞测序来揭示SLE患者免疫细胞的真实特征，揭示SLE-PBMCs中的关键因子，并为表观遗传学治疗提供基础见解的重要性。
文献来源： Yu H, Hong X, Wu H,The Chromatin Accessibility Landscape of Peripheral Blood Mononuclear Cells in Patients With Systemic Lupus Erythematosus at Single-Cell Resolution.Front Immunol 2021;12
作者：医路坦克
版权声明：
本网站所有注明“来源：梅斯医学”或“来源：MedSci原创”的文字、图片和音视频资料，版权均属于梅斯医学所有。非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明“来源：梅斯医学”。其它来源的文章系转载文章，本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的，转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
在此留言
#外周血单核细胞#
38
#系统性#
52
#单核细胞#
54
#狼疮#
40
#红斑#
0