בידוד גרעינים מרקמת שומן בין-שרירית אנושית וריצוף RNA חד-גרעיני במורד הזרם
3 במאי 2024
הביולוגיה של רקמת השומן הבין-שרירית (IMAT) לא נחקרה במידה רבה בשל הנגישות המוגבלת של רקמת האדם. כאן, אנו מציגים פרוטוקול מפורט לבידוד גרעינים והכנת ספרייה של IMAT אנושי קפוא לריצוף RNA של גרעינים בודדים כדי לזהות את ההרכב התאי של מחסן שומן ייחודי זה.
קבוצת המחקר שלנו מנסה להבין את הרכב התא ואת פרופילי השעתוק הספציפיים לתאים של רקמת שומן בין-שרירית או IMAT בבני אדם. IMAT הוא למעשה מחסן שומן חוץ רחמי השוכן בין סיבי שריר וסביבם. טומוגרפיה ממוחשבת ו- MRI הצליחו לכמת נפח IMAT והראו לאחרונה כי הוא עולה הן עם הגיל והן עם ה- BMI, והוא קשור גם למחלות ניווניות שרירים.
מחקרי הפרשה חוץ גופית הראו לאחרונה כי לחלבונים המופרשים ב- IMAT יש יכולת להשפיע על רגישות לאינסולין, על פרופילים דלקתיים וגם על ביטויי חלבונים מתכווצים בשרירי השלד האנושי. הכמות המוגבלת של רקמת IMAT שנאספה במהלך ביופסיות והאופי עמוס השומנים של האדיפוציטים הופכים רקמה זו לבלתי תואמת לעיכול רקמות ולרנ"א של תא בודד. לכן, רצינו לפתח פרוטוקול שמבצע בידוד גרעינים על כמויות קטנות של רקמה שניתן להשתמש בו במורד הזרם של RNA-Seq של גרעינים בודדים.
פרוטוקול זה יאפשר לחוקרים לקבוע את שינויי השעתוק המורכבים והספציפיים לתאים המתרחשים ב- IMAT במצבי מחלה מטבוליים שונים ובתגובה להתערבויות. אנו מקווים שמידע זה יהיה חיוני בפיתוח אסטרטגיות טיפוליות חדשות שיסייעו להקל על מחלות מטבוליות על ידי התמקדות ישירה ב- IMAT או בגורמים המופרשים שלו. בתחום חסרים מאוד נתונים על הביולוגיה של IMAT, מקורותיו התאיים, ותקשורת עם תאים אחרים, השוכנים הן בתוך IMAT והן מחוצה לו, כמו גם תגובותיו המולקולריות להתערבויות באורח החיים, כגון דיאטה ופעילות גופנית או טיפול תרופתי.
כל אלה הן שאלות מחקר מרכזיות עבור הקבוצה שלנו.
סקירה כללית
מחקר זה בוחן את ההרכב התאי ואת פרופילי השעתוק הספציפיים של רקמה שומנית בין-שרירית (IMAT) בבני אדם, תחום שנחקר פחות בשל נגישות מוגבלת לרקמה. פרוטוקול מפורט לבידוד גרעינים ולהכנת ספרייה עבור ריצוף RNA של גרעינים בודדים מוצג כדי להקל על זיהוי הרכיבים התאיים בתוך מאגר שומני ייחודי זה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מחקר
- ביולוגיה של רקמת שומן בין-שרירית (IMAT)
- הרכב תאי ותפקוד
- השפעה על מחלות מטבוליות
רקע
- IMAT הוא מאגר שומן אקטופיC הממוקם בין סיבי השריר.
- נפחו עולה עם הגיל וה-BMI, ובמתאם עם מחלות דגנרטיביות של השריר.
- הפרשת חלבונים מ-IMAT משפיעה על הרגישות לאינסולין ועל דלקת בשריר השלד.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- בידוד גרעינים מדגימות קטנות של רקמת IMAT אנושית
- ריצוף RNA של גרעינים בודדים
- פיתוח פרוטוקול לטיפול ברקמת שומן עשירה בליפידים
תוצאות עיקריות
- פיתוח פרוטוקול המאפשר לחוקרים לנתח את התעתוקומיקה הספציפית לתאים של IMAT.
- סיוע בזיהוי שינויים תאיים במצבים של מחלות מטבוליות ובמענה טיפולי.
- שיפור ההבנה של תפקידו של IMAT בבריאות המטבולית.
מסקנות
- המחקר מספק תובנות בעלות ערך לגבי הביולוגיה של IMAT.
- הממצאים עשויים להנחות אסטרטגיות טיפוליות חדשניות המכוונות ל-IMAT במחלות מטבוליות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
ריצוף RNA של גרעינים בודדים מרקמת שומן בין-שרירית (IMAT) אנושית נותן מענה לפער קריטי בהבנת ההרכב התאי והמצבים השעתוקיים הספציפיים למאגר שומן, הרלוונטיים למחלות מטבוליות ומחלות ניווניות של השרירים. פרוטוקול זה מאפשר פרופיילינג ברזולוציה גבוהה מחומר ביופסיה מוגבל, ובכך תומך בביטחון חיזוי בשלבי גילוי מוקדמים ובתיקוף מטרות עבור פורטפולים של מחלות מטבוליות. גישה זו משפרת את הפחתת הסיכונים המכניסטית בממשק שבין ביולוגיה של רקמת שומן לביולוגיה של שרירים, ומספקת מידע למחקר תרגומי ולפיתוח אסטרטגיות טיפוליות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה של ההטרוגניות התאית ותוכניות השעתוק הספציפיות ל-IMAT.
- תומך בתיקוף פונקציונלי של מטרות על ידי חשיפת חתימות ביטוי גנים הספציפיות לסוג התא.
- מסייע בהפחתת סיכונים מכניסטיים עבור מטרות למחלות מטבוליות ומחלות שרירים.
- מספק נתונים בסיסיים לתעדוף של אסטרטגיות התערבות ספציפיות למאגר (depot).
סריקה ופיתוח בדיקה
- מכין תרחיפי גרעינים מאושרים המתאימים לתהליכי עבודה של single-nuclei RNA-seq בתפוקה גבוהה.
- מבצע סטנדרטיזציה של עיבוד דגימות מביופסיות של רקמה אנושית מוגבלת ועשירה בליפידים.
- מאפשר זיהוי הדיר במאוותו של אוכלוסיות תאים נדירות ובשכיחות נמוכה.
- תומך בקריאות טרנסקריפטומיות כמותיות להערכת תרכובות בשלבים הבאים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה פרופילים תאיים של IMAT לפנוטיפים מטבוליים ושריריים הרלוונטיים למחלה.
- מאפשרת רציפות מגילוי ברקמות אנושיות ועד לתיקוף במודלים פרה-קליניים.
- תומכת בזיהוי של ביומרקרים תרגומיים הקשורים לביולוגיה של IMAT.
- מספקת בסיס לקידום תוכניות טיפוליות המכוונות למאגרי שומן, תוך התחשבון בסיכונים.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline)
פרוטוקול זה לבידוד גרעינים וריצוף משתלב ברצף המחקרי מהשלב הגלאי ועד לשלב הפרה-קלני עבור מחקר של מחלות מטבוליות ומחלות שרירים, ובכך מאפשר תיקוף יעיל של מטרות ומסייע בהמשכיות תרגומית.
- ביולוגיה של הגילוי: תומך בבדיקת השערות לגבי ההרכב התאי של IMAT והשפעת הסקרטום על רקמת שריר.
- סריקה: מספקת הכנות גרעינים סטנדרטיות וניתנות לשחזור עבור בדיקות טרנסקריפטומיות במקנה גדול.
- אנליזה: מספקת נתוני single-nuclei RNA-seq כמותיים לניתוח השוואתי בין מצבי מחלה והתערבויות.
- מחקר תרגומי: מגשר בין ממצאים ברקמה אנושית לבין פיתוח מודלים פרה-קליניים וגילוי סמנים ביולוגיים.
- שימוש חוזר ארגוני: קובע פרוטוקול הניתן לשימוש חוזר לאפיון מאגרי שומן מאתגרים אחרים או דגימות ביופסיה מוגבלות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החיזוי בבחירת מטרות הקשורות ל-IMAT ואת ההבנה המכניסטית.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של בידוד גרעינים מרקמות אנושיות מוגבלות ועשירות בליפידים לצורך ניתוחים עוקבים הניתנים לשחזור.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות מושכלת של go/no-go עבור תוכניות טיפוליות המכוונות למאגרים (depots) ומפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכונים של נכסים לטיפול במחלות מטבוליות ומחלות שרירים בהתבסס על נתוני רקמות אנושיות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בטיפול ברקמות, בידוד גרעינים ובהכנת ספריות ל-single-nuclei RNA-seq.
- דורש גישה למיכשור ייעודי לספירת גרעינים ולריצוף מבוסס טיפות.
- מחייב סטנדרטיזציה בין צוותים עבור תהליכי עיבוד דגימות וניתוח נתונים.
- עשוי לדרוש התאמה עבור מאגרי שומן אחרים או סוגי רקמות עם תכולת ליפידים שונה.
- מוגבל על ידי הכמות והאיכות של חומר הביופסיה האנושית הזמין לניתוח.
