Анализ бесклеточной РНК выявил ключевые биомаркеры синдрома хронической усталости
Когда клетки умирают, они оставляют после себя своего рода журнал активности: РНК, выбрасываемую в плазму крови, которая выявляет изменения в экспрессии генов, клеточной сигнализации, повреждении тканей и других биологических процессах.
Исследователи Корнеллского университета разработали модели машинного обучения , способные анализировать эту внеклеточную РНК и выявлять ключевые биомаркеры миалгического энцефаломиелита, также известного как синдром хронической усталости (СХУ). Этот подход может привести к разработке диагностических тестов для этого изнурительного заболевания, которое оказалось сложно подтвердить у пациентов, поскольку его симптомы легко спутать с симптомами других заболеваний.
Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences . Ведущий автор — Энн Гарделла, докторант кафедры биохимии, молекулярной и клеточной биологии лаборатории Де Вламинка.
Проект стал результатом сотрудничества лабораторий старших авторов Ивейна Де Вламинка, доцента кафедры биомедицинской инженерии в Корнеллском инженерном колледже, и Морин Хансон, профессора кафедры молекулярной биологии и генетики колледжа сельского хозяйства и наук о жизни Либерти Хайд Бейли.
«Изучив молекулярные «отпечатки пальцев», которые клетки оставляют в крови, мы сделали конкретный шаг к созданию теста на МЭ/СХУ», — сказал Де Вламинк. «Это исследование показывает, что анализ крови может дать подсказки о биологии заболевания».
Лаборатория Де Вламинка ранее использовала метод внеклеточной РНК для выявления болезни Кавасаки и мультисистемного воспалительного синдрома у детей (MIS-C) — сложных воспалительных заболеваний, которые также оказалось трудно диагностировать. Выслушав презентацию Де Вламинка о проекте, связанном с внеклеточной ДНК, Хансон, изучающий патофизиологию МЭ/СХУ, обратился к нему с предложением о возможном сотрудничестве.
Использование внеклеточной РНК для измерения общесистемного клеточного обновления у пациентов является относительно новой концепцией, и она, как представляется, особенно хорошо подходит для разгадки тайны МЭ/СХУ.
«МЭ/СХУ поражает множество различных частей тела», — сказал Хэнсон, руководитель Корнеллского центра нейроиммунных заболеваний (ENID). «Нервная система, иммунная система, сердечно-сосудистая система. Анализ плазмы даёт представление о том, что происходит в этих различных частях».
Лабораторных диагностических тестов на МЭ/СХУ не существует, поэтому врачам приходится полагаться на ряд симптомов, таких как истощение, головокружение, нарушение сна и «туман в голове».
«Проблема в том, что многие симптомы, с которыми пациент может жаловаться врачу общей практики, могут быть совершенно разными», — сказал Хэнсон. «И этот врач, скорее всего, хотел бы получить анализ крови».
Образцы крови были взяты у пациентов с МЭ/СХУ и контрольной группы здоровых людей, ведущих малоподвижный образ жизни. Затем команда Де Вламинка центрифугировала плазму крови , чтобы выделить и секвенировать молекулы РНК, высвобождающиеся при повреждении и гибели клеток.
Они выявили более 700 существенно различающихся транскриптов между пациентами с МЭ/СХУ и контрольной группой. Эти результаты были проанализированы с помощью различных алгоритмов машинного обучения для разработки инструмента классификации, который выявлял признаки нарушения регуляции иммунной системы , дезорганизации внеклеточного матрикса и истощения Т-клеток у пациентов с МЭ/СХУ.
Используя методы статистического анализа, они смогли составить карту происхождения молекул РНК, разложив паттерны экспрессии генов на основе известных генов-маркеров, специфичных для определенного типа клеток, что было определено в ходе предыдущего исследования по секвенированию РНК отдельных клеток ME/CFS в лаборатории Гримсона в Корнелле.
«Мы выявили шесть типов клеток , которые значительно различались у пациентов с МЭ/СХУ и контрольной группой», — сказал Гарделла. «Наиболее часто встречающийся тип клеток у пациентов — это плазмацитоидные дендритные клетки. Это иммунные клетки, участвующие в выработке интерферонов 1-го типа, что может указывать на гиперактивный или длительный противовирусный иммунный ответ у пациентов. Мы также наблюдали различия в количестве моноцитов, тромбоцитов и других субпопуляций Т-клеток, что указывает на обширное нарушение иммунной регуляции у пациентов с МЭ/СХУ».
Точность определения ME/CFS с помощью моделей бесклеточной РНК составила 77%. Это пока недостаточно для диагностического теста, но это значительный шаг вперёд в данной области. Исследователи надеются, что этот подход поможет им понять сложную биологию других хронических заболеваний, а также дифференцировать ME/CFS от длительной COVID-19.
«Хотя COVID-19 долгое время повышал осведомленность о хронических заболеваниях, связанных с инфекцией, важно распознавать ME/CFS, поскольку на самом деле это более распространенное и более серьезное заболевание, чем могут себе представить многие люди», — сказал Гарделла.