Vollständige Transkriptomik hilft, den Mechanismus von Krebs aufzudecken.

In den letzten Jahren, mit der Entwicklung der Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologie, ist die Transkriptom-Sequenzierung zu einem Hauptmittel zur Untersuchung der Genexpressionsregulation geworden. Das vollständige Transkriptom basiert auf der Long-Read-Sequenzierungsplattform von PacBio und Nanopore. Es kann die vollständige Sequenz und die vollständigen strukturellen Informationen von mRNA, die 5'UTR, 3'UTR und PolyA-Schwänze enthält, direkt erhalten, ohne das Spleißen zu unterbrechen, um die strukturellen Informationen wie alternatives Spleißen und Fusionsgene von Arten mit Referenzgenom genau zu analysieren und das Problem der kurzen Spleiße und unvollständigen Informationen von Transkripten von Arten ohne Referenzgenom zu überwinden. Es wurde weit verbreitet zur Erforschung der Krankheitsursachen von Krebs oder anderen Krankheiten eingesetzt.

Identifizierung von alternativem Spleißen mittels vollständiger Transkriptomik

Das Genom eines Organismus wird ständig von verschiedenen Stresssignalen angegriffen, was zu DNA-Schäden führt. Übermäßige DNA-Schäden beeinträchtigen die genomische Integrität und blockieren die DNA-Replikation und Transkription. Immer mehr Beweise zeigen, dass DNA-Schäden bei vielen Herz-Kreislauf-Erkrankungen verstärkt auftreten; es ist gut etabliert, dass Ca²⁺/calmodulinabhängige Kinase II (CaMKII) spielt eine zentrale Rolle bei der Regulierung des Todes von Kardiomyozyten, und eine übermäßige Aktivierung von CaMKII trägt zu Myokardinfarkt, Kardiomyopathie und Herzinsuffizienz bei. Forscher führten eine vollständige Transkriptomanalyse an Herzgeweben von Mäusen, Ratten, Rhesusaffen und Menschen durch und stellten erfolgreich das umfassende Panorama von CaMKII-δ dar, um die durch CaMKII-δ vermittelte Pathogenese zu entschlüsseln. Anschließend bestätigte der Autor die Expression von mRNA und Protein mittels RNA-seq, Western Blot und Massenspektrometrie; die Ergebnisse zeigten, dass CaMKII-δ9 den Tod von Kardiomyozyten stark fördert, was die am häufigsten vorkommende CaMKII-δ-Spleißvariante im menschlichen Herzen ist. Darüber hinaus zielt CaMKII-δ9 auf das Ubiquitin-konjugierende Enzym E2T (UBE2T) ab, um Phosphorylierung und Abbau zu bewirken, wodurch die UBE2T-abhängige DNA-Reparatur gestört wird und es zur Ansammlung von DNA-Schäden und Genominstabilität kommt. Diese Studie enthüllte nicht nur die durch CaMKII-δ9 vermittelte Pathogenese der Kardiomyopathie, sondern betonte auch, dass CaMKII-δ9 ein potenziell wichtiges Ziel für die Behandlung von Myokardschäden und Herzinsuffizienz sein kann.

Erforschung der Krebsmechanismen mittels Voll-Längen-Transkriptomik

Hepatozelluläres Karzinom (HCC) ist die vorherrschende Form von Leberkrebs und macht 75 %–85 % der Fälle aus. Hepatozelluläres Karzinom (HCC) hat eine hohe Rückfallrate und eine niedrige 5-Jahres-Überlebensrate. Die Untersuchung des Einzelzell-Expressionsprofils von rückfälligen Patienten könnte von großer Bedeutung für die Entwicklung effektiver Krebstherapien, einschließlich Immuntherapien, sein. Die Forscher screeneten zunächst Immunzellen und nicht-Immunzellen aus Tumorgeweben und angrenzenden Geweben von 12 primären und 6 früh rückfälligen HCC-Patienten durch CD45+, um nahezu 17.000 Zellen zu erhalten, sequenzierten dann die Volllängen-Transkripte und identifizierten die Zellsubtypen und Gene der Daten. Tumoren mit frühem Rückfall wiesen im Vergleich zu primären Tumoren in zwei unabhängigen Kohorten reduzierte Werte von regulatorischen T-Zellen, erhöhte dendritische Zellen (DCs) und erhöhte infiltrierte CD8+ T-Zellen auf. CD8+ T-Zellen in RT, gekennzeichnet durch Überexpression von KLRB1 (CD161), zeigten hauptsächlich einen angeborenen, niedrig-zytotoxischen und niedrig-klonalen Expansionszustand mit niedriger Expression von Co-Stimulations- und Checkpoint-Molekülen. Patienten mit mehr CD161+ CD8+ T-Zellen hatten eine schlechtere Prognose. Diese Ergebnisse in zwei zusätzlichen Kohorten von gepaarten PT- und RT-Proben wurden durch scRNA-seq oder immunhistochemische (IHC) Färbung bestätigt. Die differenzielle Genanalyse zeigte, dass maligne Zellen in RT höhere Merkmale der Immunflucht aufwiesen, was die Fähigkeit der DC zur Aktivierung von CD8+ T-Zellen hemmen könnte. Diese Studie analysierte systematisch die immunmikroökologischen Unterschiede zwischen primärem und rückfälligem hepatozellulärem Karzinom auf Einzelzellebene und mit polychromatischer fluoreszenz-immunhistochemischer Technologie, enthüllte die charakteristische Immunatlas und den Mechanismus der Immunflucht des früh rückfälligen hepatozellulären Karzinoms und lieferte eine stärkere theoretische Basis und experimentelle Evidenz zur weiteren Verbesserung der Wirksamkeit der Immuntherapie für hepatozelluläres Karzinom sowie zur Auffindung effektiver neuer Strategien zur Prävention und Behandlung von Rückfällen und Metastasen des hepatozellulären Karzinoms.

Die vollständige Transkriptomik hat erhebliche Vorteile bei der Identifizierung alternativer Spleißvarianten. Variable Transkripte könnten als neues potenzielles molekulares Ziel für die Behandlung einiger Krebsarten dienen und neue Ideen sowie Hinweise für die weitere Aufklärung der molekularen Mechanismen der Krebsmetastase in der Zukunft bieten. Kurz gesagt, sie liefert wichtige Einblicke in die Pathogenese der Tumorentstehung und spielt eine bedeutende leitende Rolle bei der Entwicklung gezielter Behandlungsstrategien.

Referenzen:

1. Sonne, Yunfan u. a. "Einzelzelllandschaft des Ökosystems bei frühzeitigem Rückfall des hepatozellulären Karzinoms." Zellvolumen. 184,2 (2021): 404-421.e16.
2. Kiyose, Hiroki u. a. "Umfassende Analyse von vollständigen Transkripten zeigt neuartige Spleißanomalien und onkogene Transkripte bei Leberkrebs." PLoS Genetik Band. 18,8 e1010342. 4. Aug. 2022
3. Zhang, Mao u. a. "CaMKII-δ9 fördert Kardiomyopathie durch die Störung der UBE2T-abhängigen DNA-Reparatur." Nature Zellbiologie Bd. 21,9 (2019): 1152-1163.