レーザーキャプチャー微小解剖とマイクロ流体qPCRを組み合わせて単一細胞の転写プロファイルを解析する:オピオイド依存へのシステム生物学アプローチ

単一細胞の遺伝子発現プロファイルを測定すると、組織内で広範な表現型ヘテロジニティが実証されています。この複雑さは、組織機能を支配する生物学的ネットワークの理解を複雑にしています。私たちのグループと他の人々は、多くの組織や条件^{1、2、3、4、5、6}でこの現象^を探求してきました。これらの実験は、遺伝子発現ネットワークの調節がそのような不均一性の根源であることを示唆するだけでなく、単細胞分解能が組織レベルの分解能が理解できない組織機能の複雑さを明らかにすることを示唆している。実際、少数の細胞が特定の状態や課題に反応するかもしれませんが、それらの細胞が全体的な生理学に与える影響は大きいかもしれません。さらに、多変量法を複数の細胞タイプおよび組織からの高次元データセットに適用するシステム生物学アプローチは、システム全体の治療効果を解明することができる。

LCMとマイクロ流体RT-qPCRを組み合わせて、そのようなデータセットを取得します。ここでは、蛍光活性化細胞選別(FACS)を介して単一細胞を収集し、RNAシーケンシング(RNA-seq)を使用してトランスクリプトームを測定する方法とは対照的に、このアプローチを取ります。FACSに対するLCMの利点は、単一細胞の正確な解剖特異性をLCMで比較的絶対的に文書化できることです。また、RNA-seqはRT-qPCRというより多くの特徴を測定できるが、マイクロ流体RT-qPCRは安価であり、感度と特異性^{が高い7。}

本代表的な実験では、扁桃体の中心核におけるラット神経、ミクログリア、およびアストロサイト遺伝子発現に対するオピオイド依存性およびナルトレキソン沈殿したオピオイド離脱の影響を調^べた。4つの治療群を分析した:1)プラセボ、2)モルヒネ、3)ナルトレキソン、および4)離脱(図1)。我々は、オピオイド依存性が遺伝子発現を実質的に変化させなかったが、オピオイド離脱が炎症性遺伝子、特にTnfの発現を誘発することを発見した。アストロサイトは最も影響を受けた細胞型であった。腸内微生物叢は、腸内ジスビオシス^8,9の確立されたマーカーであるバクテロイデス比に対するフィルミキュートの減少によって示されるように、オピオイド離脱によって深く影響を受^けた。