交互式细胞图谱代表肾脏的肾小球和肾小囊。图通过https://atlas.kpmp.org/explorer/下载信用:科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abn4965

一组研究人员包括延斯•汉森,雷切尔•Sealfon Rajastree梅农和同事肾脏精密医学项目,建立在现有特定人类肾脏组织阿特拉斯有关卫生保健在单细胞决议。他们先进的atlas通过集成参考地图的细胞,现有产品通路和基因。这些添加涉及影响的区域切除组织和undiseased人类活组织检查。团队目标单细胞核转录组包括sub-segmental激光显微解剖转录组蛋白质组学识别这些基因,通路和细胞。结果再描述了肾脏的功能组织相对于其生理功能,然后与细胞亚型基因,蛋白质,代谢产物和途径。信使RNA水平沿肾单位同意与sub-segmental生理活动提供参考atlas框架分类肾病临床表型与多个分子机制基本收敛。

人类肾脏地图集的引用

肾脏保持不同的细胞群和促进生理体内平衡是至关重要的通过调节液体和电解质平衡,渗透性和博士肾元肾脏组织的基本单位,是嵌入在间质,其中包含从210000年到270万年肾元。肾单位和间质维护多个形成血管和毛细血管,包括,以及一系列的免疫细胞。研究人员保持着持续的努力开发结构endo-phenotype肾组织内人际关系理解器官的生理和病理生理学。在这个工作中,汉森等研究了56个成年人,并分析80289单个细胞。科学家们建造的地图不同肾脏细胞类型以及分子实体和功能通路在这些细胞形成一个独特的参考人类肾脏地图集。这项研究的数据可以作为一个下载交互式细胞阿特拉斯提供一个起点,了解肾脏疾病和项目一个新的功能上下文驱动的新分子分类

图形的轮廓肾脏精密医疗项目(KPMP)数据集成和协调过程。的“地铁地图”表示实验和分析协议中使用KPMP所示操作流从肾活检集成多通道数据代表在这个手稿。肾活检,通过三种不同的组织处理方法,处理组织审讯之间共享网站(tis)生成数据。四个主要形式的分子数据生成:转录组(红色),蛋白质组学(蓝色),成像(黄色),代谢组学(绿色)。活检核心2和3是用于分子分析;活检核心1(不描述)是用于组织学分析。信贷:科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abn4965

肾脏精密医学项目(KPMP)财团

建立参考图谱,科学家们首先进行了各种各样的组学数组在不同的地点和低吞吐量成像实验。工作中使用的样本没有任何结构性疾病的迹象,并从肾脏切除及活检获得捐助者和移植受者。基于共享的组织样本,汉森等四个转录组,进行两个蛋白质组,两个成像,和一个空间代谢组学组织审讯化验。研究人员然后集成多个转录组审讯方式显示协议和技术之间的协同作用分析。结果证实了所有已知的主要肾组织细胞类型的肾单位和多种免疫细胞。团队进行额外的独立方法改善atlas框架。

集成的转录组、蛋白质组学和基于图像分析在不同的组学技术文档的一致性。计划(一个)显示主要肾元段确认在我们的数据集。Sc和sn数据集分析分别或组合。统一的歧管近似和投影结合分析的结果文件。从分离获得细胞亚型数量分析(无花果。S4, A和B)。包括标记所示的相应LMD段用于标识每个亚节:phalloidin,荧光素isothiocyanate-labeled phalloidin肾小球和其它的解剖结构;LRP2, megalin Alexa萤石568二级(红色);UMOD,直接共轭Alexa萤石546抗体uromodulin(红色);fluorescein-labeled机构、花生凝集素标签收集管道(绿色);4′,6-Diamidino-2-phenylindole包括细胞核(蓝色)。(B)我们用皮尔逊相关分析的基因表达数据,以确定的关闭亚节LMD RNAseq数据中的每个细胞或细胞核转录组分析相结合。 Numbers document the number of cells/nuclei of each cluster mapped to each segment. (C) We calculated log2 fold changes between podocyte (or glomerulus) and PT cells (or tubulointerstitium) for each subject based on each assay. Pairwise correlation coefficients between all log2 fold changes were determined and used for hierarchical clustering. The variation in the axial ranges represents the divergences in the dynamic range of different assays as the axes are non-normalized. (D) Log2 fold changes obtained by the same assay were averaged across all subjects, followed by averaging of the results across all four transcriptomics and two proteomics assays. Positive or negative log2 fold changes indicate podocyte/glomerular or PT/tubulointerstitial expression. (E) Pairwise correlations between the sc/sn RNAseq and proteomic datasets document highest concordance between both proteomic and single-cell assays. Positive and negative log2 fold changes indicate podocyte/glomerular and PT/tubulointerstitial expression, respectively. Credit:科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abn4965

结合蛋白质组和转录组分析

汉森等执行subsegment-specific蛋白质表达谱通过两种不同的蛋白质组学分析生产生物补充描述。分析确定了肾小球tubulointerstitium,以及近端小管。他们专注于足突细胞/肾小球和近端小管细胞在工作和sub-segmented分为四个转录组数据集。基于聚类数据集,他们容易识别基因或蛋白质组与适当的解剖区域有关。结果强调了意义的基因或蛋白质的相对表达水平来表示相应的解剖区域的肾脏。多个数据集的结合增加了结果的准确性。团队进一步集成成像检测实验安排不同的细胞亚型沿肾单位和间质记录的顺序遇到了肾小球滤液

细胞生理功能的分子基础的决议

后建立一致性转录组、蛋白质组学和影像数据集,汉森等集成数据来识别特定类型细胞功能通路和网络模块。他们使用个人的单细胞分析和single-nucleus RNA序列数据集通过识别的通路称为表达基因。工作的识别从肾脏功能不同的细胞类型。进一步的结果建立了精度分配通路和生理功能不同的细胞类型。团队受到前300名的重要基因和蛋白质标记每个细胞类型或亚型动态富集分析细胞的分子生物学本体分析。他们获得不到300显著标记,因此他们用于下游分析和绘制他们的预测路径创建一个详细的地图路径活动的所有主要在肾细胞类型。结果发现许多知名为一系列肾脏细胞类型的细胞活动。

浓缩PT和肾小球细胞的标记分析和部分预测众所周知的细胞功能。(一)标记基因和蛋白质的PT细胞亚型或亚节受到使用MBCO动态富集分析。SCP之间的七大预言被虚线连接,如果他们的交互是前25%的一部分推断MBCO SCP交互,虚线,如果他们从文学策划功能关系。图S8显示额外的预测scp参与细胞粘附和翻译。代谢物与肾性隔间受到MetaboAnalyst富集分析(图S6)。任何途径在前八个途径预测是预测代谢物的基础上专门为途径是映射到MBCO SCP,如果可能,并集成到PT SCP网络。MBCO scp肉碱航天飞机和肉碱生物合成和运输被添加到预测MetaboAnalyst途径由于四和两个涉及代谢产物是肾性代谢物(有关详细信息,请参阅方法)。(B) HumanBase PT标记基因和蛋白质的分析。信贷:科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abn4965

有氧和厌氧能量生成概要文件和氧气供应准确地突出了低氧诱导损伤位点。比较能源生产资料与实验确定不同肾元地区的氧气供应,我们生成一个本体,使分离的有氧和厌氧途径参与能源发电。富集分析细胞类型、子类型和亚节标记基因与本体预测PT细胞有氧能源依赖性高,表明S3作为主要损伤部位在缺氧(以两起爆炸)由于其低基底条件下氧气供应。浓缩的结果预测高有氧的mTAL能源活动可以通过厌氧能量补偿的一代。结合已经低血氧饱和度,部分在正常情况下,我们的研究结果表明,mTAL是第二步,虽然不太可能,在缺氧损伤部位(接二连三的爆炸)。浓缩结果的总和。数字框显示警察乙在毫米汞柱。NA,不可用。信贷:科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abn4965

确定网站容易肾损伤

科学家们还研究了能源发电途径不同在肾小管的肾元生成本体的代谢途径。他们映射到不同的路径的表达模式参与有氧和厌氧能源生产不同级别的氧的可用性肾单位的不同部分。允许他们的比较来确定高的地区,对低氧诱导肾损伤易感性。分子的代谢途径的阿特拉斯一般前景提供了一个基本的了解由于缺氧损伤在临床设置。团队进行研究,以确定的百分比过滤离子或小分子吸收特定的段输尿管肾元或排泄的。因为一些肾元段包含多个细胞类型与不同的再吸收机制,他们关注细胞特定类型传输机制。因此细胞图谱提供了一个详细的图片与实验重吸收钠重吸收的协议配置文件第一次。

预计运输能力与实验确定重吸收钠配置文件。(A)估计transcellular钠重吸收之前和之后的估计paracellular钠重吸收的实验确定总重吸收钠配置文件。(B)使用我们和另外两个sn RNAseq数据集,我们计算的总和所有映射到基因mRNA计数lumen-to-blood钠(L2B)和blood-to-lumen (B2L)运输的每一段肾小管。净对钠的重吸收能力(彩色酒吧)测定减去总结和对比实验确定transcellular钠重吸收(灰条)。(C) L2B B2L细胞特定类型的传输机制可视化上方和下方横线,钠分别。SEs误差文档。父子关系是传说,记载在儿童scp下面写父母scp和转移到右边。为了防止重复计算,我们删除任何mRNA水平从每个父SCP已经可视化为其孩子SCP的一部分。父图中SCP失踪被添加到传奇一个本色的框旁边的一个适当的文档SCP的层次结构。在多个父scp的情况下,我们只显示一个家长。 Stacked bar diagram colors are in the same or reverse order as in the legend for L2B and B2L, respectively. Credit:科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abn4965

前景:临床

这样,瑞秋Sealfon, Rajastree Menon Jens汉森和他的同事综合多种类型的组学数据来描述多个亚细胞的过程和途径。突出显示的结果的可能性达到收敛的临床表型不同分子能量代谢的变化。这些变化可以映射在个别病人在疾病更好的分类。

更多信息:延斯·汉森等参考组织人工肾、阿特拉斯科学的进步(2022)。DOI: 10.1126 / sciadv.abn4965

凯西年代格林et al,理解多细胞功能和疾病与人类组织网络,自然遗传学(2015)。DOI: 10.1038 / ng.3259

期刊信息:自然遗传学,科学的进步