Mit scOpen-Analyse Nierenfibrose besser verstehen
scATAC-seq ermöglicht die Untersuchung zugänglicher DNA-Bereiche in einzelnen Zellen. Die Art des Versuchsprotokolls macht es jedoch schwierig, die Daten zuverlässig zu analysieren und zu interpretieren. Forscherinnen und Forscher des e:Med-Juniorverbunds Fibromap haben das Tool scOpen entwickelt, um diese Einzelzelldaten genauer zu analysieren. Ihr Tool führt zu einem besseren Verständnis von Nierenfibrose und deckte eine bisher unbekannte Rolle des Gens Runx1 bei der Progression dieser Erkrankung auf.
Fibrose ist die Vernarbung von Organgewebe und ein Kennzeichen vieler chronischer und metabolischer Krankheiten wie chronischer Niereninsuffizienz (engl.: chronic kidney disease, Abk. CKD). Die Aufklärung der komplexen genetischen und molekularen Wechselwirkungen, die zu Fibrosen führen, ist ein entscheidender Schritt in Richtung genauerer Diagnostik und letztendlich zur Entwicklung geeigneter therapeutischer Strategien gegen CKD. Durch die Untersuchung des genomischen und epigenomischen Zustands einzelner Zellen mit Methoden wie dem "Single-cell Assay for Transposase Accessible Chromatin using sequencing" (scATAC-seq) womit Chromatin-Zugänglichkeit ermittelt wird, kann ein Gewebe detailreich analysiert werden. Forscherinnen und Forscher des e:Med-Juniorverbunds Fibromap haben eine rechnerische Methode entwickelt, um diese Einzelzelldaten genauer zu analysieren. Ihr Tool führt zu einem besseren Verständnis der Fibrose und deckte eine bisher unbekannte Rolle des Gens Runx1 bei der Progression von Fibrosen auf.
Mit scATAC-seq-Daten werden die zugänglichen DNA-Bereiche in einzelnen Zellen bestimmt. Die Art des Versuchsprotokolls macht es jedoch schwierig, die Daten zuverlässig zu analysieren und zu interpretieren. Das Team unter der Leitung von Professor Ivan Costa (RWTH Aachen) entwickelten daher das computergestütztes Werkzeug scOpen, das genauere Abschätzungen über den Zustand des offenen Chromatins der Zellen liefert und letztlich die Analyse und Interpretation der scATAC-seq-Daten verbessert. scOpen war leistungsstärker als bestehende Methoden und es konnte detektiert werden, welche Zelltypen und -regulationen bei Nierenfibrose verändert sind. Sie analysierten mit ihrem Tool Daten von Mausmodellen mit Nierenfibrose und entdeckten dabei, dass RunX1 eine bisher unbekannte Rolle bei dieser Erkrankung spielt. Dieses Gen bewirkt die Differenzierung von Fibroblasten zu Myofibroblasten nach einer Nierenverletzung. Dieser Befund wurde durch Immun-Färbungen in dem Mausgewebe und Expressionsversuchen in humanen Fibroblastenzelllinien bestätigt, wobei ein Mangel an Runx1 zu einem Rückgang der Myofibroblastenbildung führte. Das Beispiel von RunX1 zeigt, wie scOpen eine zuverlässige Möglichkeit bietet, Daten zu interpretieren. Das molekulare Verständnis, wie Fibrose in der Niere fortschreitet, ist ein wichtiger Schritt zur Entwicklung von therapeutischen Strategien. Die Hemmung dieses Gens kann dazu dienen, die Bildung von Narbengewebe zu verhindern, und kann daher als mögliche therapeutische Strategie für CKD-Patienten erforscht werden.
Originalpublikation:
Li, Z., C. Kuppe, S. Ziegler, M. Cheng, N. Kabgani, S. Menzel, M. Zenke, R. Kramann and I. G. Costa (2021). "Chromatin-accessibility estimation from single-cell ATAC-seq data with scOpen." Nat Commun 12(1): 6386. Fibromap doi.org/10.1038/s41467-021-26530-2.
Juniorverbund und Kontaktperson:
Prof. Dr. Ivan Costa, RWTH Aachen