Die Anwendung des Transkriptoms zur Aufdeckung von Krankheitsmechanismen

Das Transkriptom ist eine Sammlung aller RNA, die von einer bestimmten Art, Gewebe oder Zelle unter einem bestimmten physiologischen Zustand transkribiert wird, einschließlich mRNA und nicht-kodierender RNA. Die Transkriptom-Sequenzierung kann schnell das mRNA-Expressionsprofil ermitteln; basierend auf der gemessenen Sequenz können gleichzeitig präzise Analysen der Sequenz und strukturellen Informationen von Transkripten wie SNPs und variabler Spleißung durchgeführt werden.

Einzelzelltranskriptom zur Aufdeckung von Gewebespezifität

Endotheliale Zellen (EZ) zeigen eine signifikante funktionale Heterogenität, abhängig von den Blutgefäßen und Geweben, in denen sie sich befinden. Obwohl das Transkriptom den Eindruck dieser funktionalen Unterschiede tragen kann, sind die Wege und Netzwerke, die die Heterogenität der EZ unterstützen, noch nicht vollständig klar. Forscher untersuchten die Transkriptom-Sequenzierungsdaten von gewebespezifischen Maus-EZ, die durch die Tabula Muris Konsortium durch Untersuchung der transcriptomischen Basis der EC-Spezifität. Einzelne EC-Transkriptomdaten wurden aus 12 Organen (Fettgewebe, Aorta, Gehirn, Zwerchfell, Herz, Niere, Leber, Lunge, Brust, Bauchspeicheldrüse, Skelettmuskulatur und Luftröhre) durch Annotationsresultate extrahiert, und es gab genügend EC für die nachgelagerte Analyse. Diese Zellen weisen alle eine hohe Expression endothelialer Gene auf, einschließlich Pecam1, Cdh5, Tie1 und Egfl7, mit der niedrigsten Genexpression in Neuronen, Nieren und Lungengeweben. Was noch wichtiger ist, die Forscher identifizierten neuartige Marker für gewebespezifische ECs und Signalwege, die möglicherweise an der Aufrechterhaltung ihrer Identität beteiligt sind. Das Geschlecht ist eine wichtige Quelle der Heterogenität des endothelialen Transkriptoms. Sie fanden heraus, dass Lars2 ein Gen ist, das in den Endothelzellen männlicher Mäuse stark angereichert ist. Die Ergebnisse zeigten, dass Marker für Herz- und Lungen-ECs bei Mäusen in menschlichen fetalen Herz- und Lungen-ECs konserviert sind. Darüber hinaus identifizierte diese Studie potenzielle angiokrine Interaktionen zwischen gewebespezifischen ECs und anderen Zelltypen durch Analyse der Ligand- und Rezeptor-Expressionsmuster.

Einzelzell-Transkriptom von Endothelzellen in 12 wichtigen Organen, extrahiert aus der Tabula Muris Datensatz

Pfadbereicherungs- und angiokrine Beziehungsprognoseanalysen

Das Transkriptom wird verwendet, um den evolutionären Mechanismus von Krebs zu erforschen.

Das Verständnis der Ursachen von Unterschieden zwischen Krebszellen ist entscheidend für das Verständnis der Tumorevolution, was uns mehr Ideen und Behandlungsstrategien liefern kann. Frühere Studien haben gezeigt, dass die meisten dieser Unterschiede aus dem Transkriptom stammen. Im Mausmodell für nicht-kleinzelliges Lungenkarzinom (NSCLC) wurde nachgewiesen, dass die Plastizität des Transkriptoms die Grundlage der intratumoralen Heterogenität (ITH) ist. Zuvor konnten Unterschiede in der Genexpression mithilfe des Transkriptoms von RNA-Sequenzierungsdaten ermittelt werden. Das Transkriptom wird als bedeutende Quelle für phänotypische Vielfalt in Analysen von 947 Tumorbereichen angesehen, die sowohl primäre als auch metastatische Erkrankungen umfassen, zusammen mit 96 Tumor-nahen Normalgewebeproben. Während der Evolution von Tumoren sind Muster positiver und negativer Selektion mit den Genexpressionsniveaus und der ITH korreliert. Forscher beobachten häufige, kopienzahlunabhängige, allelspezifische Expression, die mit epigenomischer Dysfunktion verbunden ist. Allelspezifische Expression kann auch zu einer parallelen evolutionären Entwicklung von Genom und Transkriptom führen, die auf die Störung von Krebsgenen konvergiert. Die Ätiologie von Einzelbasen-RNA-Veränderungen ist mit der Aktivität der RNA-Editing-Enzyme ADAR und APOBEC3A verbunden, was es den Forschern ermöglicht, zuvor unbekannte APOBEC-Aktivität in malignen Erkrankungen zu identifizieren. Die Forscher kombinierten eine Reihe von maschinellen Lerntechniken, um das Transkriptom von zwei primären metastatischen Tumoren zu charakterisieren. Diese Techniken verknüpfen das Potenzial für metastatische Samen mit dem evolutionären Kontext von Mutationen und dem Anstieg der Proliferation im Bereich des Primärtumors. Diese Ergebnisse heben die Wechselwirkung zwischen Genom und Transkriptom hervor, die die ITH, die Krebsentwicklung und die Metastasierung beeinflusst. Insgesamt legt diese Studie nahe, dass diese Behandlungen die Tumorevolution und die intratumorale Heterogenität fördern. Gleichzeitig wurde die Anwendung von nachweisbarem zirkulierendem Tumor-DNA bei der Erkennung von Lungenkrebs demonstriert und Faktoren identifiziert, die vorhersagen, welcher Teil des Tumors zu einem Wiederauftreten führen wird.

Expressionsvielfalt in der TRACERx 421 Kohorte

ASE bei NSCLC

Transkriptionale Landschaft der keimenden Tumorregionen

Bisher entwickelt sich die Transkriptom-Sequenzierung und Expressionsprofilierung schnell zu einer unverzichtbaren Methode für verschiedene Studien, einschließlich der Forschung an Menschen, Tieren und Pflanzen, die auf eine noch nie dagewesene Weise seltene und neue Zellen in Geweben genauer und schneller identifizieren kann. Darüber hinaus ist es mit Informationen über Genexpression, Metaboliten, interzelluläre Kommunikation und räumliche Landschaft auf mRNA- und Proteinebene möglich, die Herausforderungen der Zellzusammensetzung und -funktion in Gesundheit und Krankheit anzugehen.

Referenzen:

1. Paik, David T u. a."Einzelzell-RNA-Sequenzierung enthüllt einzigartige transkriptomische Signaturen von organspezifischen Endothelzellen." Zirkulation Bd. 142,19 (2020): 1848-1862.
2. Martínez-Ruiz, Carlos u. a. „Genomisch-transkriptomische Evolution bei Lungenkrebs und Metastasen.“ Natur Bd. 616,7957 (2023): 543-552.