신장 이식 거부반응에서 말초 혈액 단핵세포 를 사용하여 차등 발현 유전자를 확인하기 위한 단일 세포 RNA 시퀀싱

Abstract

Background Analysis of immune pathways using peripheral blood-based gene expression patterns has been employed to elucidate the mechanism of rejection in kidney transplant recipients. Particularly, single-cell sequencing has enabled more precise research by confirming gene expression in specific cells. We aimed to identify differentially expressed genes (DEGs) associated with antibody-mediated rejection and T-cell-mediated rejection following kidney transplantation (KT). Methods A for-cause biopsy was performed on six KT recipients, who were categorized into three groups: no major abnormality (NOMOA), T cell-mediated rejection (TCMR), and antibody-mediated rejection (ABMR) according to the Revised Banff 2019 classification. Comprehensive single-cell sequencing analysis was performed using peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from these patients. The DEGs were confirmed using Gene Ontology (GO) biological pathway analysis. Results Out of a total of 52,766 cells, 33,185 cells were assessed, and poor-quality cells were excluded from the analysis. CD8+ terminally differentiated effector memory (Temra) T cells and NK T cells were highly abundant in the ABMR group. In CD8+ Temra T cells, 36 ABMR-specific genes were identified, with 20 DEGs involved in immune and inflammatory responses. STRING analysis using 20 genes showed that the most related genes were LGALS1 and ITM2A, which are involved in plasma cell differentiation. There were 48 ABMR-specific genes in NK T cells, and 28 of them had significant functions in the GO biological pathway. Among these, the most relevant genes in the STRING analysis were CD160 and HLA-F, which were confirmed to be involved in the positive regulation of NK cell degranulation. No significant final cells and DEGs were identified in the TCMR group. Conclusions We investigated the distribution of PBMCs from KT recipients and identified DEGs in each cell. In the context of ABMR, LGALS1 and ITM2A in CD8+ Temra T cells, and CD160 and HLA-F in NK T cells, unequivocally play pivotal roles. The findings of this research will help identify transcripts suitable for future investigations into the mechanisms of ABMR and non-invasive diagnostic approaches.|서론 말초 혈액 기반 유전자 발현 패턴을 이용한 면역 경로 분석은 신장 이식 수혜자의 거부 반응 메커니즘을 찾는 데 사용되었습니다. 특히, 단일세포 시퀀싱은 특정 세포에서 유전자 발현을 확인함으로써 보다 구체적인 연구를 가능하게 했다. 우리는 신장 이식 후 차등 발현 유전자(Differential Expression Genes; DEGs) 관련 항체 매개 거부반응과 T 세포 매개 거부반응을 발견하는 것을 목표로 했습니다. 연구방법 신장이식 수혜자 6명을 대상으로 원인생검을 실시하였고, 2019 Banff 기준에 따라 주요 이상이 없음(NOMOA), T세포 매개 거부반응 (TCMR), 항체 매개 거부 반응 (ABMR)의 3개 그룹으로 나누었습니다. 이들 환자의 말초 혈액 단핵 세포를 사용하여 포괄적인 단일 세포 서열 분석을 수행했습니다. 그리고 Gene Ontology biological process 분석을 이용하여 유전자의 기능을 확인하였습니다. 결과 총 52766개의 세포 중 퀄리티가 떨어지는 세포들을 제외하고 33185개의 세포를 분석하였습니다. CD8+ Temra T cell 및 NK T cell이 ABMR 그룹에서 많이 분포하였습니다. CD8+ Temra T cell에서 ABMR specific gene은 36개였고 이중 면역반응 및 염증반응에 관여한 차등 발현 유전자는 20개를 확인하였습니다. 20개의 유전자를 이용한 String analysis 결과 가장 관련이 깊은 유전자는 LGAS1과 ITM2A였고 plasma cell differentiation에 관여하였습니다. NK T cell에서 ABMR specific gene은 48개였으며 이중 Geone Ontology biological pathway에서 의미 있는 기능을 가진 유전자는 28개였습니다. 이중 string analysis에서 가장 관련이 깊은 유전자는 CD160과 HLA-F로 positive regulation of NK cell degranulation에 관여하는 것으로 확인되었습니다. TCMR 그룹에서는 최종 의미 있는 세포와 DEGs는 확인되지 않았습니다. 결론 우리는 신장 이식 환자의 PBMC 분포를 조사하고 각 세포에서 DEGs를 확인했습니다. 항체 매개 거부반응에서 CD8+ Temra T cell의 LGALS1과 ITM2A가 NK T cell의 CD160과 HLA-F가 중요한 기능을 하는 것으로 보입니다. 본 연구 결과는 추후 항체 매개 거부반응의 기전과 비침습적 진단에 이용될 수 있는 전사체를 찾는데 도움이 될 것입니다.