Исследование проливает свет на роль иммунных клеток в воспалении жировой ткани и ожирении

Жировая ткань, как бы ее ни критиковали, представляет собой невероятно сложный и важный орган тела, участвующий, помимо других функций, в хранении энергии и выработке гормонов. Тем не менее, современный образ жизни привел к всемирной эпидемии ожирения и соответствующему увеличению числа связанных с ним заболеваний, таких как диабет 2 типа и сердечно-сосудистые заболевания.

Исследователи пытаются раскрыть основы структуры жировой ткани и, в частности, воспаления, связанные с ожирением, в надежде раскрыть связь между накоплением жира и плохими последствиями для здоровья.

Новое исследование Линдси Мьюир, доктора философии, кандидата наук Купера Стэнсбери, и их коллег использует одноклеточный анализ экспрессии генов в сочетании с пространственной транскриптомикой, чтобы выявить ранее нераспознанные типы иммунных клеток и взаимодействия в жировой ткани. Пространственная транскриптомика — это новая технология, которая фиксирует всю экспрессию генов в небольших точках на всем тонком срезе ткани.

Об изучении жира легче сказать, чем сделать. В тканях, которые организованы в определенные слои, например, в спинном или головном мозге, «проще проверить работоспособность ваших данных и идентифицировать тот или иной слой как определенный тип клеток и знать, что он должен экспрессировать гены X, Y и Z», — сказал Мьюир, доцент кафедры вычислительной медицины и биоинформатики.

«С жировой тканью все гораздо сложнее, потому что типы клеток распределены равномерно по всей ткани, без определенных клеточных слоев». При ожирении жировые клетки или адипоциты увеличиваются в размерах и могут достичь предела, который в конечном итоге приводит к гибели клеток и воспалению.

Чтобы лучше понять типы иммунных клеток в жировой ткани и их расположение по отношению друг к другу при ожирении, команда кормила мышей диетой с высоким содержанием жиров в течение 14 недель, собирала жировую ткань, а затем использовала одноклеточный и пространственный анализ. для считывания всех мРНК, присутствующих в образце.

Используя вычислительный процесс, известный как кластеризация данных отдельных клеток, они смогли сгруппировать клетки, чей генетический состав больше напоминал друг друга, чем другие группы или общий образец.

Они обнаружили нечто удивительное в популяции макрофагов, иммунных клеток, чья работа заключается в очистке мертвых клеток и мусора.

«Мы знали, что макрофаги, скорее всего, будут иметь несколько подтипов… что нас удивило, так это то, сколько из них сильно отличалось друг от друга, появлялось в разное время и со временем становилось все более доминирующим».

Они определили пять типов, которые назвали Mac1, 2, 3, 4 и 5. Mac1 присутствовал в тканях как у худых мышей на нормальной диете, так и у мышей с ожирением. Mac2 и Mac3, которые были идентифицированы по их провоспалительным генам, достигли своего пика после 8 недель диеты с высоким содержанием жиров.

Однако по мере того, как диета с высоким содержанием жиров продолжалась до 14 недель, клетки Mac4 и Mac5, которые имели низкую экспрессию провоспалительных генов, преобладали, в то время как провоспалительные клетки Mac2 и Mac3 уменьшались.

В этой области считалось, что тип макрофагов, которые накапливаются при ожирении, способствуют воспалительному состоянию. Судя по этим данным, в этой истории можно найти гораздо больше».

Линдси Мьюир, доцент кафедры вычислительной медицины и биоинформатики

Ее гипотеза состоит в том, что Mac4 и Mac5 представляют собой липид-ассоциированные макрофаги (LAM), описанные в ее собственной предыдущей работе и других исследователях, и могут быть признаком того, что организм пытается подавить разрушительный уровень воспаления со стороны провоспалительных макрофагов и умирающих адипоцитов.

Затем кропотливо тщательное разделение свежезамороженной жировой ткани позволило провести анализ с помощью пространственной транскриптомики. Каждое пятно анализа в пространственном методе имеет уникальный штрих-код, который прикрепляется к мРНК в ткани поверх этого пятна, поэтому экспрессию генов позже можно сопоставить с конкретными местами в ткани, используя штрих-коды в качестве координат. В этом методе срезы также визуализируются непосредственно перед сбором мРНК. В ходе исследования эти изображения были изучены в поисках контрольных маркеров, называемых короноподобными структурами, которые связаны с резистентностью к инсулину.

«После появления короноподобных структур требуется много времени, чтобы они исчезли, и их внешний вид указывает на дисфункцию тканей», — отметил Мьюир. «Используя обработку изображений, мы определили на основе плотности этих областей то, что, вероятно, было короноподобной структурой, а затем проверили, можем ли мы видеть их визуально», — сказал Мьюир. В этих структурах наблюдалась экспрессия генов, указывающая на присутствие LAM Mac4 и Mac5.

По словам Мьюира, после более глубокого понимания клеточного состава и пространственной организации жировой ткани в контексте ожирения следующим шагом будет изучение сигнальных процессов и белков, связанных с развитием LAM и метаболических нарушений.