Исследователи Массачусетского технологического института теперь разработали способ идентификации Т-клеток, которые имеют общую мишень, в рамках процесса, называемого высокопроизводительным секвенированием одноклеточной РНК. Такой тип профилирования может выявить уникальные функции этих Т-клеток, определив, какие гены они включают в данный момент.
В новом исследовании ученые использовали этот метод для выявления Т-клеток, которые вызывают воспаление, наблюдаемое у пациентов с аллергией на арахис.
В работе, которая сейчас ведется, исследователи используют этот метод для изучения того, как Т-клетки пациентов реагируют на пероральную иммунотерапию при аллергии на арахис, что может помочь им определить, подойдет ли терапия для конкретного пациента. Такие исследования также могут помочь исследователям в разработке и тестировании новых методов лечения.
«Пищевая аллергия затрагивает около 5 процентов населения, и на самом деле нет четкого клинического вмешательства, кроме избегания, которое может вызвать большой стресс для семей и самих пациентов», – говорит Дж. Кристофер Лав, Раймонд А. и Хелен Э. Ул. Лоран, профессор химической инженерии и член Института интегративных исследований рака Массачусетского технологического института им. Коха. "Понимание биологии, лежащей в основе того, что движет этими реакциями, по-прежнему остается очень важным вопросом."
Любовь и Алекс К. Шалек, доцент Pfizer-Laubach по развитию карьеры в Массачусетском технологическом институте, доцент химии, основной член Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института (IMES) и заочный член Института Коха, являются старшими авторами исследование, которое публикуется сегодня в журнале Nature Immunology. Ведущими авторами статьи являются аспирант Энг Энди Ту и бывший постдок Тодд Гиран.
Извлечение информации
Новый метод исследователей основан на их предыдущей работе по разработке методов быстрого выполнения секвенирования одноклеточной РНК на больших популяциях клеток.
Посредством секвенирования информационной РНК ученые могут обнаружить, какие гены экспрессируются в данный момент времени, что даст им представление о функциях отдельных клеток.
Выполнение секвенирования РНК на иммунных клетках, таких как Т-клетки, представляет большой интерес, потому что Т-клетки играют очень много разных ролей в иммунном ответе.
Однако предыдущие исследования секвенирования не смогли идентифицировать популяции Т-клеток, которые отвечают на конкретную мишень или антиген, который определяется последовательностью рецептора Т-клеток (TCR). Это связано с тем, что при секвенировании одноклеточной РНК обычно маркируется и секвенируется только один конец каждой молекулы РНК, а большая часть вариаций генов рецепторов Т-клеток обнаруживается на противоположном конце молекулы, которая не секвенируется.
«В течение долгого времени люди описывали Т-клетки и их транскриптом с помощью этого метода, но без информации о том, какой тип Т-клеточного рецептора у этих клеток на самом деле», – говорит Ту. «Когда этот проект стартовал, мы думали о том, как мы могли бы попытаться восстановить эту информацию из этих библиотек таким образом, чтобы не скрывать разрешение одной ячейки этих наборов данных и не требовать от нас кардинального изменения нашего рабочего процесса секвенирования. и платформа."
В одной Т-клетке РНК, кодирующая рецепторы Т-клеток, составляет менее 1 процента от общей РНК клетки, поэтому команда Массачусетского технологического института придумала способ амплифицировать эти специфические молекулы РНК, а затем извлечь их из общего образца, чтобы они могут быть полностью секвенированы.
Каждая молекула РНК помечена штрих-кодом, чтобы показать, из какой клетки она произошла, чтобы исследователи могли сопоставить мишени Т-клеток с их паттернами экспрессии РНК. Это позволяет им определять, какие гены активны в популяциях Т-клеток, нацеленных на определенные антигены.
«Чтобы поместить функцию Т-клеток в контекст, вы должны понять, что они пытаются распознать», – говорит Шалек. "Этот метод позволяет вам взять существующие библиотеки секвенирования одноклеточной РНК и извлечь соответствующие последовательности, которые вы, возможно, захотите охарактеризовать.
По сути, подход представляет собой прямую стратегию извлечения некоторой информации, которая скрыта внутри данных профилирования экспрессии в масштабе всего генома."
Еще одним преимуществом этого метода является то, что он не требует дорогих химикатов, полагается на оборудование, которое уже есть во многих лабораториях, и может применяться ко многим ранее обработанным образцам, говорят исследователи.
Анализ аллергии
В статье Nature Immunology исследователи продемонстрировали, что они могут использовать этот метод для отбора мышиных Т-клеток, которые были активны против вируса папилломы человека, после того, как мышей вакцинировали против вируса. Они обнаружили, что даже несмотря на то, что все эти Т-клетки реагировали на вирус, клетки имели разные TCR и, по-видимому, находились на разных стадиях развития – некоторые были очень активированы для уничтожения инфицированных клеток, в то время как другие были сосредоточены на росте и делении.
Затем исследователи проанализировали Т-клетки, взятые у четырех пациентов с аллергией на арахис.
После воздействия на клетки аллергенов арахиса они смогли идентифицировать Т-клетки, которые были активны против этих аллергенов. Они также показали, какие подмножества Т-клеток были наиболее активными, и обнаружили, что некоторые из них вырабатывают воспалительные цитокины, которые обычно связаны с аллергическими реакциями.
«Теперь мы можем начать стратифицировать данные, чтобы выявить наиболее важные клетки, которые мы не могли идентифицировать раньше с помощью одного только секвенирования РНК», – говорит Ту.
Лаборатория Лава в настоящее время работает с исследователями из Массачусетской больницы общего профиля, чтобы использовать этот метод для отслеживания иммунных реакций людей, проходящих пероральную иммунотерапию от аллергии на арахис – метод, который включает потребление небольших количеств аллергена, позволяя иммунной системе выработать толерантность к нему.
Это.
В клинических испытаниях было показано, что этот метод работает у некоторых, но не у всех пациентов. Команда MIT / MGH надеется, что их исследование поможет определить факторы, которые можно использовать для прогнозирования того, какие пациенты будут лучше всего реагировать на лечение.
«Конечно, хотелось бы как можно раньше лучше понять, будет ли вмешательство успешным или нет», – говорит Лав.
Эту стратегию также можно использовать для помощи в разработке и мониторинге иммунотерапевтических методов лечения рака, таких как терапия CAR-T-клетками, которая включает программирование собственных Т-клеток пациента для нацеливания на опухоль. Лаборатория Шалека также активно применяет эту технику с сотрудниками из Института Рагона при MGH, Массачусетского технологического института и Гарварда для выявления Т-клеток, которые участвуют в борьбе с такими инфекциями, как ВИЧ и туберкулез.
Исследование финансировалось за счет поддержки (основного) гранта Института Коха от Национальных институтов здравоохранения, проекта моста Института Коха Дана-Фарбер / Гарвардского онкологического центра, Научной инициативы по пищевой аллергии в Институте Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, Института Арнольда и Фонд Мейбл Бекман, стипендиат Сирла, научная стипендия Слоуна в области химии, программа стипендиатов Пью-Стюарт и Национальные институты здравоохранения.