Тимус человека является органом, ответственным за созревание многих типов Т-клеток, которые являются иммунными клетками, которые защищают нас от инфекции. Тем не менее, не очень известно, как эти клетки развиваются с полным иммунным комплементом, который содержит необходимые вариации, чтобы защитить нас от различных патогенов.
Выполняя секвенирование одноклеточной РНК на более чем 250000 клеток, Чен Ун Парк (Jong-Eun Park) и его коллеги из института Сенгера в США изучили изменения, которые происходят в тимусе в течение жизни человека. Они обнаружили, что развитие происходит скоординированным образом среди иммунных клеток и с их микроокружением развития. Эти данные позволили создать модели развития Т-клеток с различными специфическими иммунными функциями у людей.
[penci_related_posts title=»Вам также может быть интересно» number=»4″ style=»list» align=»none» displayby=»cat» orderby=»random»]
Тимус является критическим органом для развития Т-клеток и формирования репертуара Т-клеточных рецепторов (TCR), который формирует ландшафт адаптивного иммунитета. Развитие Т-клеток в вилочковой железе пространственно скоординировано, и этот процесс организован различными типами клеток, составляющих микроокружение тимуса. Хотя вилочковая железа была тщательно изучена с использованием разнообразных животных моделей, иммунитет человека не может быть понят без детального атласа человеческой вилочковой железы.
Чтобы обеспечить всеобъемлющий атлас клеток тимуса на протяжении всей жизни человека, мы провели секвенирование одноклеточной РНК (scRNA-seq) с использованием диссоциированных клеток из тимуса человека во время развития, детства и взрослой жизни. Мы отобрали 15 эмбриональных и эмбриональных тимиев, охватывающих стадии развития тимуса между 7 и 17 неделями после зачатия, а также девять постнатальных тимиев у детей и взрослых. Различные схемы сортировки были применены для увеличения охвата недопредставленных популяций клеток. Используя маркерные гены, полученные из одноклеточных транскриптомов, мы пространственно локализовали клеточные состояния с помощью одно-молекулярной флуоресцентной гибридизации in situ (smFISH). Чтобы обеспечить систематическое сравнение между человеком и мышью, мы также сгенерировали одноклеточные данные о тимии постнатальных мышей и объединили их с ранее существовавшими наборами данных мыши.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Мы определили более 50 различных клеточных состояний в тимусе человека. Состояния клеток тимуса человека динамически изменяются в профилях численности и экспрессии генов в процессе развития, а также в течение жизни детей и взрослых. Мы идентифицировали новые субпопуляции тимусных фибробластов и эпителиальных клеток человека и обнаружили их in situ. Мы вычислительным путем предсказали траекторию развития человеческих Т-клеток от ранних предшественников в гематопоэтической печени плода к различным зрелым типам Т-клеток. Используя эту траекторию, мы построили структуру предполагаемых транскрипционных факторов, определяющих определение судьбы Т-клеток. Среди нетрадиционных Т-клеток тимуса мы отметили различную подгруппу CD8α + Т-клеток, которая отмечена GNG4 экспрессия и локализация в перимедуллярной области вилочковой железы. Эта подгруппа экспрессировала высокие уровни XCL1 и колокализована с дендритными клетками XCR1 + . Сравнение тимусных клеток человека и мыши выявило различные профили экспрессии генов этих нетрадиционных типов Т-клеток. Наконец, мы выявили сильный уклон в использовании VDJ человека, сформированный рекомбинацией и множеством раундов отбора, включая смещение TCRα VJ для CD8 + T-клеток.
ВЫВОДЫ
Наш одноклеточный транскриптомный профиль тимуса на протяжении всей жизни человека и у разных видов обеспечивает перепись высокого разрешения развития Т-клеток в микросреде нативной ткани. Систематическое сравнение между тимусом человека и мыши выявляет специфические для человека клеточные состояния и признаки экспрессии генов. Наша детальная клеточная сеть ниши тимуса для развития Т-клеток поможет в создании моделей культивирования органоидов in vitro, которые точно воспроизводят ткани тимуса in vivo человека.
Тимус обеспечивает благоприятную среду для дифференцировки и отбора Т-клеток, процесс, организованный их взаимодействием с несколькими типами тимусных клеток. Мы использовали одноклеточное РНК-секвенирование для создания переписи клеток тимуса человека на протяжении всей жизни и для реконструкции траекторий дифференцировки Т-клеток и кинетики рекомбинации Т-клеточных рецепторов (TCR). Используя этот подход, мы идентифицировали и локализовали in situ популяции CD8αα + T-клеток, подтипы тимусных фибробластов и активированные состояния дендритных клеток. Кроме того, мы выявили предвзятость в рекомбинации и селекции TCR, что связано с геномным положением и кинетикой приверженности к линии. Взятые вместе, наши данные дают исчерпывающий атлас тимуса человека на протяжении всей жизни с новым пониманием развития человеческих Т-клеток.
Чен Ун Парк (Jong-Eun Park)
Science