Abstrakt

Bakgrund: Njuren är ett mycket komplext organ med flera funktioner som är väsentliga för hälsan. Njursjukdom uppstår när njurarna är skadade och inte fungerar korrekt. Encellsanalys är en kraftfull teknik som ger oöverträffad insikt i normala och onormala njurcellstyper och kommer att förändra vår förståelse av mekanismerna för vanliga njursjukdomar.

Sammanfattning: Vår förståelse av patogenesen av njursjukdom är begränsad av ofullständig molekylär karakterisering av de celltyper som ansvarar för njurfunktionen. Tillämpningen av encellsteknologi i njurforskning har avslöjat cellulär heterogenitet, genuttrycksprofiler och molekylär dynamik i utvecklingen och progressionen av njursjukdom. Encellsanalys av njurorganoid- och allotransplantatvävnader har gett nya insikter om njurorganogenes, sjukdomsmekanismer och terapeutiska resultat. Sammantaget kommer en bättre förståelse av njurcellernas heterogenitet och njursjukdomens molekylära dynamik att förbättra diagnostisk noggrannhet och hjälpa till att identifiera nya terapeutiska strategier inom nefrologi.

Nyckelbudskap: I den här översiktsartikeln sammanfattar vi den senaste encelliga forskningen om njursjukdom och diskuterar effekten av encellig teknologi på grundläggande och klinisk njurforskning.

Nyckelord

Encellsteknik; Njursjukdom; Immuncell; Njure organoid; Allograft;Cistanche fördelar.

Introduktion

Njurarna är två bönformade organ som är ansvariga för att filtrera avfall, överflödigt vatten och andra föroreningar i blodet och producera urin. Njurarna reglerar också pH, salt och kaliumnivåer och blodtryck; kontrollera produktionen av röda blodkroppar; och aktivera en form av D-vitamin som hjälper kroppen att ta upp kalcium. Hittills har uppskattningsvis 850 miljoner människor världen över lider av njursjukdom, inklusive kronisk njursjukdom (CKD), akut njurskada, njursvikt och många andra tillstånd. Njursjukdom uppstår när njurarna är skadade och oförmögna att utföra sina funktioner. Skador kan orsakas av diabetes, högt blodtryck och en mängd andra kroniska (långvariga) tillstånd. Njursjukdom kan leda till andra hälsoproblem, inklusive osteoporos, nervskador, undernäring och hjärtsjukdomar. Nuvarande behandlingsstrategier för patienter förblir njurtransplantationer eller dialys, vilket är kostsamt.

En mängd olika celler i njuren, inklusive epitel-, tylakoid-, endotel- och neuronala celler, samt immuncellsnätverk, interagerar för att upprätthålla normal njurfunktion. En djupare förståelse av heterogeniteten hos friska njurar och de processer som ligger bakom njursjukdom kommer att förfina den molekylära och histopatologiska fenotypiska definitionen av njuren och stödja utvecklingen av nya sjukdomsklassificeringar. Encellsteknologi är potentiellt fördelaktig för att identifiera cellulära subtyper, tillstånd och frekvensförändringar under uppkomsten och progressionen av njursjukdom. Under de senaste åren, med den snabba utvecklingen av encellig RNA-sekvenseringsteknik (scRNA-seq) med hög genomströmning, har en omfattande cellulär atlas över den normala njuren konstruerats för forskning inom njurprecisionsmedicin. Kidney Precision Medicine Project (KPMP) utvecklades globalt för att erhålla humana njurbiopsier, skapa njurvävnadsatlaser, definiera sjukdomssubpopulationer och slutligen identifiera nyckelceller, vägar och mål för nya terapier. Med utgångspunkt i den njurassocierade transkriptionsdatauppsättningen av encell, analyserade forskare också genuttrycksprofilerna för ACE2, TMPRSS2 och SLC6A19 i njurcellssubtyper, vilket är avgörande för att förstå patogenesen av allvarligt akut respiratoriskt syndrom coronavirus 2. I denna recension, vi kommer att fokusera på (1) utveckling och tillämpning av encellsteknologi, (2) användning av scRNA-seq för att studera utvecklingen och progressionen av njursjukdomar, (3) molekylär kartläggning av immunceller vid njursjukdomar, ( 4) appliceringen av scRNA-seq på njurliknande organ, och (5) användningen av scRNA-seq för att studera njurallotransplantat på djupet (Figur 1).

Klicka här för att hämtaeffekterna av Cistanche på njurarna

Utveckling och tillämpning av encellig transkriptomisk teknologi

En enda cell är livets grundläggande enhet. Encellsanalystekniker har revolutionerat vår förmåga att identifiera cellsammansättning, spåra molekylär dynamik och avslöja patologiska mekanismer. Tidig global analys av encellsgenexpression utfördes med hjälp av mikroarray- och qPCR-tekniker. Tietjen et al. använde encellsmikroarrayer för att övervaka de molekylära uttrycksprofilerna för individuella neuroner och progenitorceller och för att definiera signalvägar i olika utvecklingsstadier. Dessutom identifierade encellsexpressionsanalys flera utvecklande cellsubtyper som har nya pankreasgener, vilket ger nya insikter om pankreasutveckling. Denna klass utvecklade encelliga qPCR-tekniker och tillämpade dem på studiet av viktiga regulatoriska gener i musblastocystutveckling och hematopoetisk härstamningsdifferentiering.

Med tillkomsten av nästa generations sekvenseringsteknologier har scRNA-seq visat klara fördelar för att särskilja olika isoformer, alleliskt uttryck och nya transkript i enstaka celler till en lägre kostnad. år 2009, Tang et al. rapporterade den första encelliga mRNA-heltranskriptomsekvenseringen, vilket visar komplexiteten hos transkriptionsvarianter i enstaka musoocyter eller oocyter. smart-seq was 2012 utvecklades för att detektera fullängdstranskript i enstaka celler, och genom att applicera det på sällsynta celler, identifierade forskare kandidatbiomarkörer för melanomcirkulerande tumörceller. Ett år senare introducerades Smart-seq2 med förbättrad omvänd transkription, lästäckning, bias och noggrannhet. den senaste utvecklingen av Smart-seq3 har avsevärt förbättrat dess känslighet när det gäller att detektera tusentals encelliga transkript vid allelisk och isoformupplösning. Till skillnad från PCR-baserade amplifieringsmetoder, fångar CEL-seq effektiva encellstranskriptomer genom multiplex linjär amplifiering. En studie med CEL-seq för att studera tidig utveckling av Cryptobacterium hidradenoma embryonal avslöjade dess reproducerbara och känsliga resultat vid encellsupplösning. scRNA-seqs första automatiserade plattform är Fluidigm C1, som använder ett mikrofluidiskt system för att fånga enstaka celler i 96 eller 384 kammare, följt av cellys, omvänd transkription och PCR-amplifiering.

Sedan 2015 har encellsforskning helt gått in i eran av hög genomströmning, låg kostnad och automatisering med den fortsatta tillgängligheten av Drop-seq, inDrop, 10× Genomics, Seq-well, Microwell-seq och SPLiTseq. Drop-seq och inDrop separerar enskilda celler till nanoliterstora droppar och blanda dem med en unik streckkod för att märka varje cell. Å andra sidan möjliggör Cyto-seq, Seq-well och Microwell-seq encellig mRNA-sekvensering med hög genomströmning genom att fånga en cell och en streckkodspärla i en mikrobrunn. Vår grupp konstruerade den första muscellsatlasen och mänskligt celllandskap på encellsnivå med hjälp av Microwell-seq. På senare tid kallas högre genomströmning och enklare metoder SPLiT-seq och sci-RNA-seq för scRNA-seq. Dessa metoder använder själva cellen eller kärnan som reaktionskammare för att streckkoda märkta celler genom flera omgångar av uppdelningen av poolen. Alla celler utsätts sedan för cDNA PCR-amplifiering och sekvensering. Cao et al. använde sci-RNA-seq3 för att analysera transkriptomerna från cirka 2 miljoner organogena musceller och 4 miljoner mänskliga fosterceller, vilket ger en global bild av utvecklingsprocesser hos däggdjur. Andra encellsteknologier som täcker genomiska, proteomiska och epigenomiska analyser har också blomstrat; dock ligger de utanför detta dokuments omfattning.

Förekomst och utveckling av njursjukdom

Njuren kan påverkas av många vanliga och allvarliga sjukdomar, inklusive akut njurskada, glomerulonefrit, stigande infektioner (pyelonefrit) och cancer. Sammantaget är vår förståelse av patogenesen av njursjukdom begränsad av en ofullständig molekylär karakterisering av de celltyper som ansvarar för organspecifika funktioner. För att täppa till denna kunskapslucka har vår grupp och Park et al. konstruerade en transkriptionsatlas av den friska musnjuren med användning av scRNA-seq. De huvudsakliga undertyperna av epitelceller i njurenheten inkluderade pelarceller, proximala tubulära epitelceller, Henles ring, distala tubuli och uppsamlingskanalceller. Studien identifierade en ny migrerande celltyp för att samla in duktala cellpopulationer, vilket bekräftar tidigare fynd av interkonversion mellan interkalerade celler och huvudceller i scRNA-seq-studier. Dessutom har Ransick et al. analyserade manliga och kvinnliga vuxna njurar och genererade en anatomisk atlas av musnjurelement på encellsnivå. Vår grupp utförde också Microwell-seq-analys av mänsklig fetal och vuxen njurvävnad. Förutom epitelceller, endotelceller, stromaceller och immunceller i vävnaden, identifierade vi tidigare obeskrivna somatiska celltyper av s-typ i fostrets njure och en ny migrerande celltyp i den vuxna njuren. Encellig molekylär profilering av det renala vaskulära systemet avslöjade specialiserade uttrycksprofiler för de byggande nefronerna och avslöjade patogenesen av njursjukdom. Dessutom identifierades alla typer av glomerulära celler från friska möss och olika sjukdomsmodeller genom enkelcellstranskriptomklustringsanalys, och nya sjukdomsrelaterade gener och regulatoriska vägar upptäcktes i sjukdomsmodeller, såsom flodhästbanan aktiverad i podocyter efter nefrotoxisk immunförsvar skada.

Njurfibros är ett kännetecken för CKD och drabbar mer än 10 procent av världens befolkning. I en heterogen samexistensmodell av njurfibros, Kramann et al. använde scRNA-seq för att bekräfta att monocyter bidrog med en liten andel myofibroblaster, men att de flesta myofibroblaster härrörde från mesenkymala celler. Därefter har Kuppe et al. [37] analyserade transkriptomet av cirka 135,000 celler från proximala och icke-proximala tubuli och validerade vidare att olika isoformer av MSC är de största bidragsgivarna till human njurfibros. Vidare, i en jämförande analys av friska och fibrotiska njurmonocyter, identifierades en myofibroblastspecifik gen, naken keratinocythomolog 2 (NKD2), som ett potentiellt terapeutiskt mål för human njurfibros. Baserat på 402 njurbiopsier har urinfibrinogen förutspåtts som en icke-invasiv biomarkör hos patienter med CKD.

Standardiserad Cistanche

Diabetisk nefropati (DN) kännetecknas av samtidig skada på glomeruli och tubulär interstitium. Men relativt lite är känt om hur cellulär status och frekvens förändras med sjukdomsdebut och progression av genuttryck. För att belysa förändringar i glomerulär cellgenuttryck i mus-DN, Fu et al. utförde scRNA-seq-analys och identifierade flera nya potentiella markörer för glomerulära celler, inklusive Magi2, Robo2, Ramp3 och Fabp4. Vid diabetisk nefropati (DKDs) förändras regleringen av angiogena och migrationsvägar i endotelceller, medan translation och proteinstabila regulatoriska vägar är mycket berikade i tylakoidceller. Sammantaget kommer förändringar i den molekylära dynamiken hos endotel- och tylakoidceller att hjälpa till att identifiera viktiga patofysiologiska faktorer som bidrar till DN-progression. Chung et al. avbildade det encelliga transkriptomet av glomeruli i en musmodell av diabetes mellitus. Genuttrycket förändrades i tylakoid och podocyter från ob/ob-möss jämfört med kontroller. Proliferativa vägar inducerades i tylakoidceller och celldödsrelaterade vägar inducerades i podocyter, i överensstämmelse med förändringar i cellantalförhållanden. Omfattande analys av publicerade DKD scRNA-seq-datauppsättningar identifierade 17 pivotala gener, vilket berikade vår förståelse av de molekylära mekanismerna som ligger till grund för patogenesen av DKD: er. Dessutom gav opartisk singelkärna RNA-sekvensering (snRNA-seq) av kryokonserverade humana diabetiska njurprover 23 980 transkriptom från tre kontrollprov och tre tidiga DN-prover. Resultaten visade celltypsspecifika förändringar i genuttryck som tyder på ökad kaliumsekretion i humant DN. En tidigare studie som jämförde scRNA-seq och snRNA-seq i vuxna musnjurar visade att de senare hade en mer effektiv infångningskapacitet. Till exempel infångades glomerulära podocyter, tylakoidceller och endotelceller av snRNA-seq snarare än av scRNA-seq. Tillämpningen av snRNA-seq minimerar pseudoeffekterna av enzymatisk nedbrytning och kan utföras på frysta prover, vilket förväntas leda till en bredare tillämpning för att påskynda studiet av patologiska mekanismer i olika njursjukdomar.

Ett exakt cellulärt transkriptom kan avslöja ursprunget för njurtumörceller och de transkriptionsbanor som stöder malign transformation. young et al. definierade normala och cancerösa humana njurcelltyper från en katalog med 72 501 encelliga transkriptomer. Genom att identifiera specifika normala cellulära korrelat av njurcancerceller (RCC), gav en studie bevis för hypotesen att Wilms tumörceller är avvikande fosterceller och att RCC kan härröra från en föga känd subtyp av proximala tubulära celler. Således ger scRNA-seq en skalbar experimentell strategi för att karakterisera mänskliga njurcancerceller med exakt kvantitativ cellulär molekylär upplösning.

Molecular Atlas of Immune Cells in Kidney Disease

Immunceller är en grundläggande komponent i mänskliga vävnader och spelar en viktig roll i fysiologisk och patologisk metabolism. Faktum är att immunsystemets förmåga att känna igen patogena signaler eller farosignaler eller maligna celler är avgörande. Tillämpningen av encellsteknologi för studier av njurimmunceller har potential att underlätta en bättre förståelse av immunsystemets roll i patogenesen av friska njurar och sjukdomar, samt att identifiera nya terapeutiska strategier. Dessa ansträngningar börjar kartlägga det komplexa immunlandskapet i njuren och avslöja förhållandet mellan vävnadsbosatta immunceller och deras ömsesidigt aktiverade grannar.

Under 2018 gav appliceringen av scRNA-seq i musnjurvävnad ett omfattande immuncellslandskap inklusive bosatta makrofager, neutrofiler, B- och T-lymfocyter och NK-celler. Ett år senare etablerades en aldrig tidigare skådad encellsstudie av den spatiotemporala organisationen av humana njurimmunceller. Vävnadsbosatta myeloida och lymfoida immuncellsnätverk identifierades i fostrets och vuxnas njurar, och studier identifierade postnatalt förvärvade transkriptionsprogram som främjar infektionsförsvar. Dessutom förutspåddes korssamtal mellan mogna njurepitelceller och immunceller rekrytera antibakteriella makrofager och neutrofiler till de mest mottagliga regionerna i njuren. Sammantaget bidrar det omfattande immunlandskapet i njuren till studiet av patogena mekanismer och identifieringen av terapeutiska mål vid immun- och infektionssjukdomar i njurarna.

Lupus nefrit (LN) är en potentiellt dödlig autoimmun sjukdom för vilken nuvarande behandlingar är ineffektiva och ofta toxiska. De molekylära och cellulära processerna som leder till njurskada och heterogeniteten hos LN förblir oklara. scRNA-seq användes av Arazi et al. för att identifiera 21 sjukdomsspecifika subpopulationer av myeloid-, T-, naturliga mördar- och B-celler hos LN-patienter. På liknande sätt har Der et al. applicerade scRNA-seq på njur- och hudbiopsivävnader från LN-patienter. Typ I interferonsvarspoäng för tubulära epitelceller rapporterades vara högre hos LN-patienter än hos friska kontroller. Dessutom var inflammatoriska och fibrotiska egenskaper hos tubulära celler associerade med behandlingsineffektivitet. I DKD visade scRNA-seq-analys signifikant högre antal immunceller i diabetiska glomeruli än i kontroller. Dessa studier tyder på att genuttrycksprofilerna för immunceller i urin, hud och njure är starkt korrelerade, vilket tyder på att urin- och hudbiopsier kan vara en potentiell källa till diagnostiska och prognostiska markörer för njursjukdom.

Nyligen genomförda studier har visat immuncellers roll i modeller för njursjukdom med encellsupplösning. Unilaterala ureterala obstruktionsmodeller används i stor utsträckning för njurinterstitiell fibros, där makrofager och inflammatoriska celler infiltrerar det renala interstitium, vilket leder till markanta förändringar i njurhemodynamik och metabolism. scRNA-seq har använts i reversibla unilaterala ureterala obstruktionsmodeller för att dissekera myeloidcelllandskapet under fibrosprogression och regression. Conway et al. avslöjade heterogenitet i myeloidceller, med dynamiska förändringar i de relativa proportionerna av subpopulationer, monocyter rekryteras tidigt i skadan, Ccr2 plus makrofager ackumuleras sent i skadan, och ett nytt kluster av Mmp12 plus makrofager spelar en roll i reparationsprocessen. Vid njursjukdom och transplantation är ischemi-reperfusionsskada (IRI) associerad med inflammation och leukocytrekrytering. experimentella modeller av IRI användes för att bedöma den funktionella rollen av 2 grupper av medfödda lymfoidliknande celler i njuren, och data tyder på att dessa celler har överflödiga funktioner vid njurskada. Genom att applicera scRNA-seq på en IRI-modell för njurtransplantation kunde Kremann et al. fann att efterföljande CXCR5 plus leukocytinfiltration resulterade i förhöjda systemiska CXCL13-nivåer. knRNA-seq applicerades också på en IRI-musmodell av Kirita et al. att karakterisera detaljerade cellulära svar efter skada och att identifiera ett distinkt pro-inflammatoriskt och pro-fibrotiskt proximalt tubulicelltillstånd. Urinsyra, den slutliga oxidationsprodukten av purinmetabolism, är nära associerad med njurinflammation i flera sjukdomsmodeller. Till exempel känner NLRP3 (NOD-, LRR- och pyrin-innehållande strukturell domän 3) signaler om urinsyraöverskott, och inflammatoriska vesiklar aktiveras vid hyperurikemisk nefropati. De specifika immunmekanismerna bakom hyperurikemi-inducerad njurskada är dock inte kända. Konstruktionen av ett inflammatoriskt kroppslandskap på encellsnivå i en modell av hyperurikemi-inducerad njurskada förväntas realiseras inom en snar framtid.

Immuninfiltration finns i njurtumörer och påverkas av tumörens mikromiljö. En tidigare studie visade att tumörinfiltrerande makrofagpopulationer uttrycker vaskulär endoteltillväxtfaktor A och är involverade i den komplexa VEGF-signalvägen i RCC-vävnad. Den aktuella studien visar att scRNA-seq kan ta itu med tumörbildning och identifiera förmodade patofysiologiska mekanismer och cellulära signalnätverk som kan fungera som mål för läkemedelsbehandling. Sammantaget belyser studien framsteg inom scRNAseq som ger insikter i immunsystemet och de cellulära nätverken som verkar i friska och sjuka njurar.

Ört Cistanche

Applicering av scRNA-seq på njurorganoider

Förutom studiet av sjuka njurvävnader har njurorganoider blivit ett nyckelverktyg för studiet av organogenes och sjukdomsmekanismer, och har potential att påskynda utvecklingen av terapier som en källa till alternativa vävnader. Parallellt har framsteg inom scRNA-seq lett till mer detaljerad analys av olika cellulära subpopulationer och genuttrycksförändringar i njurliknande organ.

Sammantaget är en bättre förståelse av njurembryonal utveckling på encellsnivå nödvändig för att styra mognaden av njurliknande organ. Encelliga transkriptomiska studier av den mänskliga fostrets njure har identifierat 22 celltyper och motsvarande markörgener.

Jämförelsen av olika utvecklingsstadier visar kontinuiteten i molekylär dynamik hos fotceller. En annan encellsanalys utfördes på mänskliga fostrets njure och embryonala stamcellshärledda njurliknande organ. Jämförande analys av encelliga utvecklingsbanor i njuren avslöjade liknande genuttrycksprofiler in vivo och in vitro, förutom podocyter i sena stadiet, vilket tyder på en ofullständig mognadsprocess av podocytliknande organ. Transplantationsexperiment tyder vidare på att tylakoid och vaskulär lumen kan optimeras med hjälp av organoidmodeller. En nyligen genomförd studie som använde posteriora njurmesenkymala och ureterala knoppliknande celler för att generera njurorganoider visade att scRNA-seq förbättrade proximal tubulimognad och minskade cellpopulationer utanför målet. scRNA-seq-analys av humana pluripotenta stamceller (PSC)-härledda njurorganoider utfördes av Subramanian et al. och Wu et al. Jämfört med mänskliga foster och vuxna encelliga njuruppsättningar visade de olika njurliknande organen till stor del reproducerbara celltyper, men med olika cellproportioner på grund av närvaron av celler utanför målet. Dessutom avslöjade transkriptionsfaktornätverksanalys njurorganoiddifferentieringsvägar, vilket framhävde kraften hos encellsteknologi för att karakterisera och styra organoiddifferentiering.

Sammanfattningsvis är mänskliga njurliknande organ en användbar resurs för att utvinna sjukdomsmodeller, potentiella regleringsmekanismer, screening av läkemedel med hög genomströmning och i slutändan regenerativa terapier. Dessa studier belyser den potentiella användningen av scRNA-seq i njurmodellsystem för att belysa in vivo fysiologiska och patologiska processer och ge vägledning för framtida forskning inom diagnos och behandling av njursjukdomar.

Insikt i njurallotransplantat av scRNA-seq

Allogen njurtransplantation är en av de mest effektiva kliniska behandlingarna för njursjukdom i slutstadiet. Encellsteknologi ger möjlighet att exakt och exakt karakterisera njurcellstyper och status med hjälp av humana biopsiprover efter allogen transplantation. Den första publicerade rapporten om njurtransplantationsbiopsiprover analyserade 8746 encelliga transkriptom och definierade distinkta inflammatoriska svar. Monocyter bildade den icke-klassiska CD16 plus-gruppen och den klassiska CD16--gruppen; endotelceller uppvisade ett vilotillstånd och 2 antikroppsmedierade avstötningstillstånd. Dessa fynd bidrar till vår bättre förståelse av immunavstötning vid njurtransplantation. I en jämförande studie av njurmonocyter från mottagar- och donatorkällor visade njurbiopsiprover signifikant olika transkriptionellt genuttryck. Inflammationsaktiverade makrofager och cytotoxiskt uttryckta T-celler observerades hos mottagarna. På liknande sätt har Liu et al. analyserade celler från kronisk njurtransplantatavstötning och matchade friska vuxna njurar på encellsnivå. Oövervakad klusteranalys avslöjade att ökat antal immunceller och myofibroblaster i gruppen med kroniska njurtransplantatavstötningar kan bidra till njuravstötning och fibros. Noterbart är att en nyligen genomförd studie avbildade den första encelliga atlasen av vuxen urin och identifierade SOX9 plus njurstam-/progenitorcellpopulationer i urin. Progenitorcellerna prolifererade och differentierade framgångsrikt in vivo, förvärvade några av egenskaperna hos tubulära celler och tillhandahåller en potentiellt användbar resurs för framtida njurtransplantationsterapi. Sammantaget ger scRNA-seq-teknologi nya och insiktsfulla insikter om avstötning av njurtransplantat hos människor, vilket i slutändan förbättrar diagnostisk noggrannhet och påskyndar antagandet av tolkning av molekylär biopsi.

Cistanche-tillskott

Slutsats

Under det senaste decenniet har scRNA-seq blivit ett oumbärligt verktyg för transkriptomomfattande differentiell genuttrycksanalys för att studera fysiologisk biologi och identifiera molekylära regulatoriska abnormiteter vid sjukdom. I motsats till traditionella diskreta fenotyper kan molekylär karakterisering på encellsnivå ge en systematisk standard för att karakterisera fenotyper av njursjukdom. Tillämpningen av encellsteknologi i frisk njurvävnad eller kliniska njurbiopsiprover ger en omfattande molekylär atlas över njuren och breddar vår förståelse av nefrologi. Renal Single Cell Atlas kommer att vara en integrerad del av det internationella arbetet med Human Cell Atlas, som syftar till att producera en omfattande och systematisk referenskarta över människokroppen. I framtida studier förväntas encells ultrahög genomströmning och rumsliga transkriptomanalyser utöka vår förståelse av njuren. Integreringen av multi-omics-data kommer att ytterligare förbättra den personliga diagnosen och behandlingen av njursjukdomar.

REFERENSER

1. Kriz W, Bankir L. En standardnomenklatur för strukturer i njuren. Njurkommissionen för det internationella fackförbundet för fysiologiska vetenskaper (IUPS). Kidney Int. 1988 Jan; 33(1):1–7.

2. Kurts C, Panzer U, Anders HJ, Rees AJ. Immunsystemet och njursjukdom: grundläggande begrepp och kliniska implikationer. Nat Rev Immunol. 2013 okt;13(10):738–53.

3. Luyckx VA, Al-Aly Z, Bello AK, Bellorin Font E, Carlini RG, Fabian J, et al. Mål för hållbar utveckling är relevanta för njurhälsa: en uppdatering om framsteg. Nat Rev Nephrol. 2021 Jan;17(1):15–32.

4. Clark AR, Greka A. Kraften i en: framsteg inom encellig genomik i njuren. Nat Rev Nephrol. 2020 feb;16(2):73–4.

5. Han X, Wang R, Zhou Y, Fei L, Sun H, Lai S, et al. Kartläggning av muscellsatlasen genom mikrobrunn-seq. Cell. 2018 feb;172(5):1091–107.e17.

6. Park J, Shrestha R, Qiu C, Kondo A, Huang S, Werth M, et al. Encellig transkriptomik av musnjuren avslöjar potentiella cellulära mål för njursjukdom. Vetenskap. maj 2018; 360(6390):758–63.

7. Hochane M, van den Berg PR, Fan X, Bérenger-Currias N, Adegeest E, Bialecka M, et al. Encellig transkriptomik avslöjar genuttrycksdynamiken i mänsklig fostrets njurutveckling. PLoS Biol. 2019 feb;17(2): e3000152.

8. Han X, Zhou Z, Fei L, Sun H, Wang R, Chen Y, et al. Konstruktion av ett mänskligt celllandskap på encellsnivå. Natur. maj 2020; 581(7808):303–9.

9. Liao J, Yu Z, Chen Y, Bao M, Zou C, Zhang H, et al. Encellig RNA-sekvensering av den mänskliga njuren. Sci Data. 2020 Jan;7(1):4.

10. Precisionsmedicin i nefrologi. Nat Rev Nephrol. 2020 Nov;16(11):615.

11. Chen QL, Li JQ, Xiang ZD, Lang Y, Guo GJ, Liu ZH. Lokalisering av cellreceptorrelaterade gener av SARS-CoV-2 i njuren genom encellig transkriptomanalys. Njure Dis. 2020 jul;6(4):258–70.

12. Tietjen I, Rihel JM, Cao Y, Koentges G, Zakhary L, Dulac C. Encellig transkriptionell analys av neuronala progenitorer. Nervcell. 2003 apr;38(2):161–75.

13. Chiang MK, Melton DA. Encellig transkriptanalys av pankreasutveckling. Dev Cell. 2003 Mar;4(3):383–93.

14. Guo G, Huss M, Tong GQ, Wang C, Li Sun L, Clarke ND, et al. Upplösning av cellödebeslut avslöjade genom encellsgenexpressionsanalys från zygot till blastocyst. Dev Cell. 2010 apr;18(4):675–85.

15. Guo G, Luc S, Marco E, Lin TW, Peng C, Kerenyi MA, et al. Kartläggning av cellulär hierarki genom encellsanalys av cellytrepertoaren. Cellstamcell. 2013 okt;13(4):492– 505.

16. Wang Z, Gerstein M, Snyder M. RNA-Seq: ett revolutionerande verktyg för transkriptomik. Nat Rev Genet. 2009 Jan;10(1):57–63.

17. Tang F, Barbacioru C, Wang Y, Nordman E, Lee C, Xu N, et al. mRNA-Seq heltranskriptomanalys av en enda cell. Nat Methods. 2009 maj;6(5):377–82.

18. Ramsköld D, Luo S, Wang YC, Li R, Deng Q, Faridani OR, et al. Fullängds mRNA-seq från encellsnivåer av RNA och individuella cirkulerande tumörceller. Nat Biotechnol. 2012 aug;30(8):777–82.

19. Picelli S, Björklund ÅK, Faridani OR, Sagasser S, Winberg G, Sandberg R. Smart-seq2 för känslig fullängds transkriptomprofilering i enstaka celler. Nat Methods. 2013 Nov;10(11): 1096–8.

20. Hagemann-Jensen M, Ziegenhain C, Chen P, Ramsköld D, Hendriks GJ, Larsson AJM, et al. Encellig RNA-räkning vid allel- och isoformupplösning med Smart-seq3. Nat Biotechnol. 2020 Jun;38(6):708–14.

21. Hashimshony T, Wagner F, Sher N, Yanai I. CEL-seq:encellig RNA-seq genom multiplexerad linjär amplifiering. Cell Rep. 2012 Sep;2(3): 666–73.

22. Yanai I, Hashimshony T. CEL-seq2-encellig RNA-sekvensering genom multiplexerad linjär amplifiering. Metoder Mol Biol. 2019;1979: 45–56.

23. Streets AM, Zhang X, Cao C, Pang Y, Wu X, Xiong L, et al. Mikrofluidisk encellig heltranskriptomsekvensering. Proc Natl Acad Sci US A. 2014 May;111(19):7048–53.

24. Klein AM, Mazutis L, Akartuna I, Tallapragada N, Veres A, Li V, et al. Droplets streckkodning för encellig transkriptomik applicerad på embryonala stamceller. Cell. 2015 maj;161(5): 1187–201.

25. Macosko EZ, Basu A, Satija R, Nemesh J, Shekhar K, Goldman M, et al. Mycket parallell genomomfattande uttrycksprofilering av individuella celler med användning av nanoliterdroppar. Cell. 2015 maj;161(5):1202–14.

26. Fan HC, Fu GK, Fodor SP. Uttrycksprofilering. Kombinatorisk märkning av enstaka celler för genexpressionscytometri. Vetenskap. 2015 feb; 347(6222):1258367.

27. Gierahn TM, Wadsworth MH, Hughes TK, Bryson BD, Butler A, Satija R, et al. Seq-well: bärbar, billig RNA-sekvensering av enstaka celler med hög genomströmning. Nat Methods. 2017 apr;14(4):395–8.

28. Cao J, Packer JS, Ramani V, Cusanovich DA, Huynh C, Daza R, et al. Omfattande encellig transkriptionell profilering av en flercellig organism. Vetenskap. 2017 aug;357(6352): 661–7.

29. Rosenberg AB, Roco CM, Muscat RA, Kuchina A, Sample P, Yao Z, et al. Encellsprofilering av den utvecklande mushjärnan och ryggmärgen med streckkodning med split-pool. Vetenskap. 2018 apr;360(6385):176–82.

30. Cao J, Spielmann M, Qiu X, Huang X, Ibrahim DM, Hill AJ, et al. Det encelliga transkriptionslandskapet av däggdjursorganogenes. Natur. 2019 feb;566(7745):496–502.

31. Cao J, O'Day DR, Pliner HA, Kingsley PD, Deng M, Daza RM, et al. En mänsklig cellatlas över fetalt genuttryck. Vetenskap. 2020; 370(6518):370.

32. Chen L, Lee JW, Chou CL, Nair AV, Battistone MA, Păunescu TG, et al. Transkriptom av större njuruppsamlingskanalcelltyper hos möss identifierade av encellig RNA-sekv. Proc Natl Acad Sci US A. 2017 Nov;114(46): E9989–98.

33. Ransick A, Lindström NO, Liu J, Zhu Q, Guo JJ, Alvarado GF, et al. Encellsprofilering avslöjar kön, härstamning och regional mångfald i musnjuren. Dev Cell. 2019 Nov;51(3):399– 413.e7.

34. Barry DM, McMillan EA, Kunar B, Lis R, Zhang T, Lu T, et al. Molekylära bestämningsfaktorer för nefronvaskulär specialisering i njuren. Nat Commun. 2019 Dec;10(1):5705.

35. Chung JJ, Goldstein L, Chen YJ, Lee J, Webster JD, Roose-Girma M, et al. Encellig transkriptomprofilering av njurens glomerulus identifierar nyckelcellstyper och reaktioner på skada. J Am Soc Nephrol. Okt 2020; 31(10): 2341–54.

36. Kramann R, Machado F, Wu H, Kusaba T, Hoeft K, Schneider RK, et al. Parabios och encellig RNA-sekvensering avslöjar ett begränsat bidrag av monocyter till myofibroblaster vid njurfibros. JCI Insight. 2018 maj;3(9): e99561.

37. Kuppe C, Ibrahim MM, Kranz J, Zhang X, Ziegler S, Perales-Patón J, et al. Avkodning av myofibroblast ursprung i human njurfibros. Natur. 2021 Jan;589(7841):281–6.

38. Wang H, Zheng C, Lu Y, Jiang Q, Yin R, Zhu P, et al. Urinfibrinogen som en prediktor för progression av CKD. Clin J Am Soc Nephrol. 2017 dec;12(12):1922–9.

39. Fu J, Akat KM, Sun Z, Zhang W, Schlondorff D, Liu Z, et al. Encellig RNA-profilering av glomerulära celler visar dynamiska förändringar i experimentell diabetisk njursjukdom. J Am Soc Nephrol. 2019 apr;30(4):533–45.

40. Zhang Y, Li W, Zhou Y. Identifiering av navgener i diabetisk njursjukdom via multipel mikroarrayanalys. Ann Transl Med. 2020 aug;8(16):997.

41. Wilson PC, Wu H, Kirita Y, Uchimura K, Ledru N, Rennke HG, et al. Det encelliga transkriptomiska landskapet för tidig mänsklig diabetisk nefropati. Proc Natl Acad Sci US A. 2019 Sep;116(39):19619–25.

42. Wu H, Kirita Y, Donnelly EL, Humphreys BD. Fördelar med singelkärna framför encellig RNA-sekvensering av den vuxna njuren: sällsynta celltyper och nya celltillstånd avslöjade vid fibros. J Am Soc Nephrol. 2019 Jan;30(1):23–32.

43. Young MD, Mitchell TJ, Vieira Braga FA, Tran MGB, Stewart BJ, Ferdinand JR, et al. Encelliga transkriptom från mänskliga njurar avslöjar den cellulära identiteten hos njurtumörer. Vetenskap. 2018 aug;361(6402):594–9.

44. Stewart BJ, Ferdinand JR, Young MD, Mitchell TJ, Loudon KW, Riding AM, et al. Spatiotemporal immunzonering av den mänskliga njuren. Vetenskap. 2019 sep;365(6460):1461–6.

45. Arazi A, Rao DA, Berthier CC, Davidson A, Liu Y, Hoover PJ, et al. Immuncellslandskapet i njurarna hos patienter med lupus nefrit. Nat Immunol. 2019 jul;20(7):902–14.

46. ​​Der E, Ranabothu S, Suryawanshi H, Akat KM, Clancy R, Morozov P, et al. Encellig RNA-sekvensering för att dissekera den molekylära heterogeniteten i lupus nefrit. JCI Insight. 2017 maj;2(9):e93009.

47. Der E, Suryawanshi H, Morozov P, Kustagi M, Goilav B, Ranabothu S, et al. Encelliga transkriptomik av tubulära celler och keratinocyter som tillämpas på lupusnefrit avslöjar typ I IFN och fibrosrelevanta vägar. Nat Immunol. 2019 jul;20(7):915–27.

48. Conway BR, O'Sullivan ED, Cairns C, O'Sullivan J, Simpson DJ, Salzano A, et al. Encellig njuratlas avslöjar myeloid heterogenitet i progression och regression av njursjukdom. J Am Soc Nephrol. 2020 dec; 31(12):2833–54.

49. Cameron GJM, Cautivo KM, Loering S, Jiang SH, Deshpande AV, Foster PS, et al. Grupp 2 medfödda lymfoida celler är överflödiga vid experimentell njurischemi-reperfusionsskada. Front Immunol. 2019;10:826.

50. Kreimann K, Jang MS, Rong S, Greite R, von Vietinghoff S, Schmitt R, et al. Ischemi-reperfusionsskada utlöser CXCL13-frisättning och B-cellsrekrytering efter allogen njurtransplantation. Front Immunol. 2020;11:1204.

51. Kirita Y, Wu H, Uchimura K, Wilson PC, Humphreys BD. Cellprofilering av akut njurskada hos mus avslöjar konserverade cellulära svar på skada. Proc Natl Acad Sci US A. 2020 Jul;117(27):15874–83.

52. Wen L, Yang H, Ma L, Fu P. Rollerna för NLRP3-inflammasomförmedlade signalvägar i hyperurikemisk nefropati. Mol Cell Biochem. 2021 Mar;476(3):1377–86.

53. Nishinakamura R. Organoider från mänskliga njurar: framsteg och återstående utmaningar. Nat Rev Nephrol. 2019 okt;15(10):613–24.

54. Tran T, Lindström NO, Ransick A, De Sena Brandine G, Guo Q, Kim AD, et al. In vivo utvecklingsbanor för humana podocyter informerar in vitro om differentiering av pluripotenta stamcellshärledda podocyter. Dev Cell. 2019 jul;50(1):102–e6.

55. Uchimura K, Wu H, Yoshimura Y, Humphreys BD. Mänskliga pluripotenta stamcellshärledda njurorganoider med förbättrad samlingskanalmognad och skademodellering. Cell Rep. 2020 Dec;33(11):108514.

56. Subramanian A, Sidhom EH, Emani M, Vernon K, Sahakian N, Zhou Y, et al. Encellig inventering av mänskliga njureorganoider visar reproducerbarhet och minskade off-target-celler efter transplantation. Nat Commun. 2019 Nov;10(1):5462.

57. Wu H, Uchimura K, Donnelly EL, Kirita Y, Morris SA, Humphreys BD. Jämförande analys och förfining av human PSC-härledd njurorganoiddifferentiering med encellig transkriptomik. Cellstamcell. 2018 dec;23(6):869–e8.

58. Czerniecki SM, Cruz NM, Harder JL, Menon R, Annis J, Otto EA, et al. Screening med hög genomströmning förbättrar njurens organoiddifferentiering från mänskliga pluripotenta stamceller och möjliggör automatiserad flerdimensionell fenotypning. Cellstamcell. 2018 Jun;22(6): 929–e4.

59. Dvela-Levitt M, Kost-Alimova M, Emani M, Kohnert E, Thompson R, Sidhom EH, et al. Den lilla molekylen riktar sig mot TMED9 och främjar lysosomal nedbrytning för att omvända proteinopati. Cell. 2019 jul;178(3):521–e23.

60. Wu H, Malone AF, Donnelly EL, Kirita Y, Uchimura K, Ramakrishnan SM, et al. Encellig transkriptomik av ett humant njurallograftbiopsiprov definierar ett varierat inflammatoriskt svar. J Am Soc Nephrol. 2018 aug;29(8):2069–80.

61. Malone AF, Wu H, Fronick C, Fulton R, Gaut JP, Humphreys BD. Utnyttja uttryckt enstaka nukleotidvariationer och encellig RNA-sekvensering för att definiera immuncellkimerism i det avvisande njurtransplantatet. J Am Soc Nephrol. 2020 sep;31(9):1977–86.

62. Liu Y, Hu J, Liu D, Zhou S, Liao J, Liao G, et al. Encellsanalys avslöjar immunlandskapet i njurarna hos patienter med kronisk transplantationsavstötning. Teranostik. 2020; 10(19):8851-62.

63. Wang Y, Zhao Y, Zhao Z, Li D, Nie H, Sun Y, et al. Encellig RNA-Seq-analys identifierade njurfaderceller från mänsklig urin. Proteincell. 2021 apr;12(4):305–12.

64. Stark R, Grzelak M, Hadfield J. RNA-sekvensering: tonårsåren. Nat Rev Genet. 2019 nov;20(11):631–56. 65 Regev A, Teichmann SA, Lander ES, Amit I, Benoist C, Birney E, et al. Den mänskliga cellatlasen. Elife. 2017;12:6.

Mengmeng Jiang^a,b; Haide Chen^{b, c}; Guoji Guo^{a, b, c, d, e}

a: Liangzhu Laboratory, Zhejiang University Medical Center, Hangzhou, Kina;

b: Centrum för stamcells- och regenerativ medicin, Zhejiang University School of Medicine, Hangzhou, Kina;

c: Zhejiang Provincial Key Lab for Tissue Engineering and Regenerative Medicine, Dr Li Dak Sum & Yip Yio Chin, Centrum för stamcells- och regenerativ medicin, Hangzhou, Kina;

d: Bone Marrow Transplantation Center, The First Affiliated Hospital, Zhejiang University School of Medicine, Hangzhou, Kina;

e: Institute of Hematology, Zhejiang University, Hangzhou, Kina