Эта перепись, изданная по своей природе, включает атлас первого проекта клеточного состава тонкой кишки, обеспечивая ссылку для изучения биологии хозяина воздействия условий или вовлечения пищеварительного тракта, такого как воспалительное заболевание кишечника, раковые образования тонкой кишки, целиакия и пищевые аллергии. Исследование также увеличивает наше понимание гормонов, и другие клетки пищеварительного тракта сигналов производят, и проливает новый свет на то, как пищеварительный тракт отвечает на различные патогенные вторжения.Пищеварительный тракт должен выполнить много функций, включая абсорбирующие питательные вещества, произведя многие гормоны тела, и не разрешив въезд вредным веществам и болезнетворным микроорганизмам. Чтобы сделать так, это полагается на многие специализированные клетки и их определенные действия и взаимодействия.
Некоторые из этих клеток известны, но некоторые к настоящему времени остались незнакомыми.Чтобы выполнить их перепись, команда исследования положилась в большой степени на РНК единственной клетки, упорядочивающую (scRNA-seq), номер люкс геномных методов, способных к идентификации определенных профилей экспрессии гена в отдельных клетках.
«Каждая новая технология – возможность для изучения клеток и тканей более подробно», сказал Широкий основной член института Авив Регев, co-corresponding автор на бумаге, директор Klarman Cell Observatory (KCO) в Широком и Программе Схем Клетки института. «Они позволяют нам задавать новые биологические вопросы или бросать новый взгляд на старые.«Мы хотели использовать РНК единственной клетки, упорядочивающую, чтобы понять то, на что нормальная ткань кишечника похожа на более глубоком уровне», она продолжала. «С тем основанием мы можем начать смотреть на болезнь».«Эпителий пищеварительного тракта находится в контакте и с иммунной системой и с микробиомом пищеварительного тракта, и как таков, пищеварительный тракт – главный центр клеточных связей, и поэтому для нас очень важно понять физиологию пищеварительного тракта в здоровье и болезни», сказал Моше Битон, постдокторский исследователь в KCO и co-first автор – с постдокторским партнером Адамом Хабером и научным сотрудником Ногаль Rogel – и co-corresponding автор на бумаге Природы. «Это – также ткань, о которой мы уже знаем много. Таким образом, мы решили пересмотреть его и видеть, можем ли мы найти новые вещи, используя scRNA-seq».
Усиливая эти технологии, команда произвела профили выражения для в общей сложности 53 193 эпителиальных клеток тонкой кишки. В данных команда точно определила подписи выражения, характерные для известных типов клетки (например, enterocytes, бокаловидные клетки, ячейки Paneth, клетки пучка), определенные подтипы клетки или население (например, enterocytes на различных стадиях созревания), и редких типов клетки (например, M клетки).
«Захватывающим результатом этого исследования было распределение известных и новых определенных сенсорных молекул, связанных с каждым типом эпителиальной клетки», сказал Рогель. «Мы надеемся, что это будет иметь положительные последствия в проектировании наркотиков, предназначающихся для нарушений обмена веществ».Данные также показали существование ранее непризнанных подтипов клетки и оказали поддержку для реклассификации известных. Например, команда раскрыла новый тип химически ощущающей клетки пучка (который помогает предупредить иммунную систему об инфекции или других формах травмы), который показал маркеры, которые, как ранее думают, были исключительны к иммуноцитам и который может помочь поднять тревогу по поводу аллергенов и вторгающихся паразитов.
«Мы были удивлены видеть, что выражение гена, TSLP – который кодирует цитокин, давно известный, чтобы быть вовлеченным в эпителиально вызванное воспламенение – был исключителен к конкретному подмножеству клеток пучка», отметил Хабер. «Это предлагает значительную роль ‘наблюдения’ для этих недавно характеризованных клеток».Кроме того, данные показали, что производство гормона пищеварительного тракта enteroendocrine клетки (EECs) – долго делившийся на подмножества на основе идеи, что каждый только выразил единственный гормон – может на самом деле выразить многократные гормоны сразу.Команда также нанесла на карту их данные к различным местоположениям вдоль тракта тонкой кишки.
Например, они нашли, что EECs, которые производят грелин (который вызывает голод) имеют тенденцию группироваться около начала тонкой кишки (двенадцатиперстная кишка, смежная с животом). Те, которые производят пептид YY (который вызывает чувство того, чтобы быть пресыщенным), с другой стороны, совокупность около дальнего конца (подвздошная кишка).Как доказательство понятия полезности атласа, поскольку учится ссылка для болезни, исследователи также рассмотрели пищеварительный тракт эпителиальная экспрессия гена в двух моделях кишечной инфекции, одной из бактерий Сальмонеллы, других из Heligmosomoides polygyrus, разновидности helminth (кишечный паразит).
Сравнения со справочными данными о переписи показали, что подкладка кишечника существенно повторно формирует себя в ответ на инфекцию. Определенная клетка значительно печатает увеличенный или уменьшенный в изобилии в зависимости от вида заразительного оскорбления. Выражение многих клеток представляет также измененный существенно, включая определенные для болезнетворного микроорганизма изменения.
Со справочными данными о переписи клетки в руке исследовательская группа счастлива провести дополнительные исследования, включая модели вовлечения или человеческих пациентов с желудочно-кишечными заболеваниями – болезнь Крона, язвенный колит, желудочно-кишечные раковые образования, формы пищевой аллергии, чтобы назвать некоторых – нацеленными на идентификацию изменений в экспрессии гена и эпителиальной структуре и функции, которая могла показать новое понимание и возможности для терапевтического развития.«Мы видим, что этот атлас обеспечивает основу исследования многих различных вопросов о патологии в пищеварительном тракте, эффектах вызванной препаратом токсичности пищеварительного тракта и для идентификации и исследования важных клеток, взаимодействий и биомаркеров», сказал Широкий член института Рэмник Ксавьер, co-corresponding автор на бумаге, соруководитель Программы Инфекционного заболевания и Микробиома института, и руководитель гастроэнтерологии и директор Центра Исследования Воспалительного заболевания кишечника в MGH. «И в создании этого ресурса, мы узнали много о том, как построить атлас сложной, динамической ткани.
Такое знание могло быть важно для других усилий, сосредоточенных на других тканях и системах».