Интегративные подходы единоклеточной и пространственной транскриптомики для расшифровки микротройного окружения и терапевтической устойчивости при раке поджелудочной железы.

Пространственная и одноклеточная транскриптомика являются трансформирующими подходами в расшифровке клеточной динамики. Поскольку основной парадигмой для реконструкции путей развития клеток является вывод траекторий, этот процесс критически важен. Однако существующие методы требуют значительного ручного вмешательства и знаний о разнородных инструментах, что создает значительные барьеры для эффективного анализа траекторий. Чтобы преодолеть этот разрыв, мы предлагаем SpaCellAgent — автономную многоагентную структуру, которая автоматизирует анализ спатиовременных данных и генерацию нарративов от начала до конца. SpaCellAgent использует многоагентную архитектуру для стратегического планирования рабочего процесса, динамический движок оркестровки инструментов для адаптивного выбора алгоритмов и модуль самоэволюции, который поэтапно уточняет производительность на основе обратной связи. Мы оцениваем SpaCellAgent на шести разнородных наборах данных, охватывающих сложные временные траектории развития, различные платформы секвенирования и пространственно разрешенные архитектуры тканей. SpaCellAgent последовательно демонстрирует улучшение аналитической эффективности более чем на 40% при сохранении производительности, соответствующей экспертным стандартам. Конвертируя спецификации на естественном языке в оптимизированные аналитические рабочие процессы и полностью автоматизируя конвейер, SpaCellAgent демократизирует продвинутое спатиовременное моделирование и устанавливает масштабируемую, управляемую агентами парадигму для вычислительной биологии. Код и материалы доступны по адресу https://github.com/LittleXH-shw/SpaCellAgent.

Старение яичников является ключевой причиной репродуктивного снижения у женщин. Хроническое воспаление и старение гранулезных клеток (ГК) играют важную роль в этом процессе; однако изменения, специфичные для типа клеток, и регуляторные механизмы остаются неполностью изученными. Настоящее исследование направлено на предоставление новых сведений о этих механизмах. В этой связи были проанализированы общедоступные транскриптомные данные из отдельных клеток яичников человека в базе данных Gene Expression Omnibus (GSE202601), включающие четверых молодых доноров (в возрасте 23-29 лет) и четверых пожилых доноров (в возрасте 49-54 лет). Проведя контроль качества и интеграцию, мы выполнили кластеризацию, анализ CellChat, псевдовременной анализ и SCENIC для определения возрастных изменений в клеточном составе, межклеточной коммуникации и транскрипционной регуляции. Ключевые результаты были дополнительно поддержаны эксперiments в яичниках молодых и пожилых мышей и первичных ГК. Интегрированный анализ выявил заметные возрастные изменения в клеточном составе яичников, включая обогащение про-воспалительной субпопуляцией макрофагов и подтипом ГК, ассоциированным со старением, в пожилых яичниках. Анализ клеточной коммуникации показал активизацию иммунно-эндокринного взаимодействия в пожилых яичниках с увеличением сигнала IL-1β-IL-1R1 между макрофагами и ГК. Анализы псевдовремени и транскрипторной регуляторной сети идентифицировали опухоль Вильмса 1 (WT1) как кандидата в транскрипционные факторы, который повышается в пожилых ГК и положительно ассоциируется с экспрессией p21, что предполагает потенциальную роль в остановке клеточного цикла, связанной со старением. Экспериментальная валидация дополнительно поддержала увеличение воспалительной сигнализации, окислительного стресса и активации оси WT1/p21 в пожилых яичниках. В целом, эти результаты предоставляют высококачественную основу на уровне отдельных клеток для понимания старения яичников у человека и предполагают, что воспалительная сигнализация и ассоциированная с ней транскрипционная перепрограммировка могут способствовать старению ГК и функциональному снижению яичников.

Прогрессирование рака простаты к запущенной стадии сопровождается значительной перестройкой метаболизма, но механизмы, регулирующие этот процесс, остаются неполно определенными. В этой работе мы показали, что метилтрансфераза рРНК METTL5 постепенно повышалась в ходе прогрессирования рака простаты и была ассоциирована с низкой выживаемостью пациентов. Механистически, METTL5 катализирует модификацию N6-метиладенозина (m6A) в A1832 18S рРНК, что усиливает общий трансляционный выход и способствует пролиферации клеток рака простаты в vitro и росту опухоли в vivo. Интегративные транскриптомные и протеомные анализы дополнительно показали, что зависимая от METTL5 модификация рРНК предпочитала увеличение трансляции мРНК, содержащих мотив GCACGN(2-4)CC в их 5' некодирующих регионах. Среди этих мишеней транскрипционный фактор IRF7 был избирательно повышен и непосредственно индуцировал транскрипцию DNA2. DNA2, митохондриальная нуклеаза, необходимая для поддержания митохондриальной ДНК, сохраняет способность окислительного фосфорилирования в клетках рака простаты. Нарушение оси METTL5/IRF7/DNA2 привело к митохондриальной дисфункции, увеличению реактивных форм кислорода и компенсаторной митофагии, в конечном итоге подавляя рост опухоли. Примечательно, что ни выражение IRF7, ни METTL5 не спасали от дефектов роста, вызванных истощением DNA2, что поддерживает иерархическую организацию этого пути с DNA2 как необходимым нижним эффектором. Наконец, терапевтическое ингибирование METTL5 с использованием заблокированных нуклеиновых кислот значительно подавило рост рака простаты in vivo без явной системной токсичности, подчеркивая трансляционный потенциал. В целом, наши результаты раскрывают незамеченный механизм, связывающий модификацию рРНК с митохондриальным гомеостазом через избирательный трансляционный контроль, предоставляя новые идеи о метаболической регуляции и выявляя уязвимости, которые можно использовать в лечении запущенного рака простаты.

Для изучения эффектов Платикодина D (PD) на пролиферацию, миграцию и ангиогенез клеток эндотелия EA.hy926, стимулированных супернатантом из модели синовиальных клеток ревматоидного артрита (РА) (MH7A), данное исследование стремится предварительно выяснить его потенциальные механизмы. Клетки MH7A, стимулированные TNF-, были использованы в качестве модели клеток РА. Супернатант из этих клеток был собран и обозначен как кондиционированная среда (КС), которая затем использовалась для стимуляции клеток EA.hy926, тем самым создавая модель эндотелиальных клеток при РА; клетки EA.hy926 были трансдуцированы лентивирусом для суперэкспрессии или нокаута CD146; Экспериментальные группы включали: нормальная контрольная группа, модельная группа (группа с оптимальной стимуляцией КС), и группы лечения PD (PD при концентрациях 1.25, 2.5 и 5 мг/л); sh-CD146+КС, sh-NC+КС, sh-NC, lenti-CD146+КС, lenti-CD146-NC. Спасательный эксперимент включал следующие группы: КС, КС+PD группа, КС+lenti-CD146 группа и КС+lenti-CD146+PD группа лечения. Пролиферация клеток оценивалась с помощью анализа CCK-8; миграция клеток оценивалась через тест раневого заживления; ангиогенез определялся с помощью тестов формирования трубочек; уровень экспрессии CD146 измерялся методом вестерн-блоттинга. В сравнении с нормальной группой, стимуляция КС значительно увеличивала пролиферацию эндотелиальных клеток (<0.01). Однако после 24 часов обработки PD наблюдалось заметное снижение пролиферации клеток (<0.05). Кроме того, стимуляция КС улучшала способность клеток к миграции по сравнению с нормальной группой; это улучшение было значительно уменьшено после лечения PD (<0.01). Более того, способность к образованию трубочек была значительно увеличена при стимуляции КС по сравнению с нормальной группой, но показала значительное подавление после 24 часов лечения PD (<0.0001). Выражение CD146 было значительно увеличено в модельной группе по сравнению с нормальной группой и затем снизилось после лечения PD (<0.01), и зависело от дозы. В спасательном эксперименте, по сравнению с группой лечения PD (КС+PD 5 мг/л), пролиферация, миграция и способность образовывать трубочки клеток в группе суперэкспрессии CD146+группа лечения PD (КС+lenti-CD146+PD 5 мг/л) были значительно увеличены (<0.0001,<0.05,<0.001). Интересно, что по сравнению с группой суперэкспрессии (КС+lenti-CD146), эти способности в группе суперэкспрессии+группа лечения PD (КС+lenti-CD146+PD 5 мг/л) оставались значительно подавленными (<0.0001,<0.0001,<0.05). В этом исследовании мы также обнаружили, что CD146 проявляет значительные пронгиогенные, промиграционные и прополиферативные эффекты в клетках EA.hy926. В то же время, PD показал значительное подавление ангиогенеза, пролиферации и миграции клеток EA.hy926 в зависимости от дозы, и понизил уровень экспрессии CD146 в зависимости от дозы. Суперэкспрессия CD146 частично ослабила антиангиогенный эффект PD, но PD все еще проявлял сильную антиангиогенную активность в клетках с суперэкспрессией CD146, что указывает на то, что PD частично действует через регуляцию CD146 и, возможно, другие пути, отражая его многогранную природу. Это исследование впервые связывает антиангиогенный эффект PD с CD146, открывая перспективное направление терапии для РА.

Диффузная большая B-клеточная лимфома (ДБЛКЛ) представляет собой сложное заболевание с тяжелой диагностикой. Цель данного исследования — изучить потенциальные патогенные гены. Мы выявили гены риска ДБЛКЛ (ГРД) с помощью методов менделевской рандомизации выражения количественных признаков (eQTL-MR). Для изучения биологических функций были проведены анализы по терминологии генов (GO) и Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG). Данные секвенирования РНК на уровне отдельных клеток (scRNA-seq) были проанализированы для определения субклеточной локализации. Анализы иммунной инфильтрации исследовали роль генов в иммунном микросреде ДБЛКЛ. В заключение, были проведены анализы чувствительности к лекарствам для предсказания потенциально чувствительных препаратов. В результате анализа eQTL-MR и прогностических анализов мы выявили 15 генов, ассоциированных как с патогенезом, так и с прогнозом ДБЛКЛ. Эти гены были успешно интегрированы в модель риска гена, что дало площадь под кривой (AUC) 0.787. Анализы обогащения GO и KEGG генов локализовали значимые пути, в том числе сигнальную трансдукцию NF-κB. Анализ scRNA-seq показал, что ГРД могут быть связаны с иммунной микросредой ДБЛКЛ. Дополнительный анализ иммунной инфильтрации подтвердил ключевую роль иммунной инфильтрации в злокачественном прогрессировании ДБЛКЛ. Это исследование выявляет 15 генов риска как потенциальные патогенные и терапевтические биомаркеры для ДБЛКЛ. Эти результаты предоставляют новые идеи и мишени для понимания патогенеза, диагностики и лечения ДБЛКЛ.

Появляющиеся данные свидетельствуют о том, что желчные кислоты, традиционно признанные за их роль в пищеварении, также влияют на функции мозга и память. Данное исследование изучало влияние двух вторичных желчных кислот, полученных из микробиоты, дезоксихолевой кислоты (DCA) и гликодезоксихолевой кислоты (GDCA), на память у мышей и связанные молекулярные механизмы. Самцы и самки мышей ежедневно получали пероральное введение DCA, GDCA или контролируемого вещества, и оценивалась пространственная рабочая и референсная память (в тесте Y-лабиринте) и память на распознавание (в тесте на распознавание нового объекта). После тестирования оценивалось выражение генов и активность сигнальных путей в лобной коре и гиппокампе. Введение GDCA после 10 дней нарушало память на распознавание, в то время как прием DCA в течение 12 дней ухудшал пространственную референсную память. Ни одна из желчных кислот, вводившихся в течение 5 дней, не повлияла на пространственную рабочую память. GDCA снизила уровень мРНК субъединиц NMDA-рецепторов (GluN1, GluN2A) и мРНК фактора нейротрофического происхождения головного мозга (BDNF) и ослабила сигнальную активность CREB в лобной коре, что соответствует наблюдаемому дефициту памяти на распознавание. GDCA не изменяла количество транскриптов, кодирующих рецепторы желчных кислот (FXR или TGR5), или их соответствующий уровень белка. В отличие от этого, DCA модифицировала мРНК и белки FXR и TGR5 по регионально специфическому принципу и снижала сигнальную активность CREB в гиппокампе, вероятно, способствуя дефициту пространственной памяти. В лобной коре DCA увеличивала фосфорилирование GluA1 и снижала экспрессию IL-1β и IL-6, что могло помочь сохранить память на распознавание. Исследование метагеномики фекальных образцов не выявило значительных микробиологических отличий, хотя тонкие, незначительные функциональные изменения генов указывали на ранние адаптации. Эти данные показывают, что DCA и GDCA оказывают различные эффекты на когнитивные функции, специфичные к рецепторам и регионам, идентифицируя желчные кислоты как модификаторы коммуникации между микробиомом, кишечником и мозгом.