Michigan Medicine – University of Michigan
Zusammenfassung
Die Infiltration von Fettgewebe-Makrophagen (ATM) ist bei Mäusen und Menschen mit einer Funktionsstörung des Fettgewebes und einer Insulinresistenz verbunden. Aktuelle Einzelzelldaten verdeutlichen eine erhöhte ATM-Heterogenität bei Fettleibigkeit, bieten jedoch keinen räumlichen Kontext für die Dynamik des ATM-Phänotyps. Wir haben Einzelzell-RNA-Seq, räumliche Transkriptomik und Bildgebung des murinen Fettgewebes in eine zeitliche Studie zu ernährungsbedingter Fettleibigkeit integriert. Insgesamt überwogen proinflammatorische Immunzellen bei früher Adipositas, während nicht residente entzündungshemmende ATMs bei chronischer Adipositas vorherrschten. Eine Untergruppe dieser entzündungshemmenden ATMs lag transkriptomisch zwischen Monozyten und lipidassoziierten reifen Makrophagen (LAM) und stimmte mit einem LAM-Vorläufer (Prä-LAM) überein. Prä-LAMs waren räumlich mit kronenförmigen Strukturen (CLS) früher Fettleibigkeit verbunden, was auf eine Funktionsstörung des Fettgewebes hinweist. Raumdaten zeigten eine Kolokalisierung von Ligand-Rezeptor- Transkripten im Zusammenhang mit der Lipidsignalisierung zwischen Monozyten, Prä-LAM und LAM, einschließlich Apoe, Lrp1, Lpl und App. Die Prä-LAM-Expression dieser Liganden bei früher Fettleibigkeit deutete auf eine Signalübertragung an LAM in der CLS-Mikroumgebung hin. Unsere Ergebnisse verbessern das Verständnis der Diversität von Fettgewebe-Makrophagen (ATM) und liefern Einblicke in die Dynamik der LAM-Linie während der Entwicklung von Stoffwechselerkrankungen. |
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Fettgewebe , so sehr es auch verunglimpft wurde, ist ein unglaublich komplexes und essentielles Körperorgan, das unter anderem an der Energiespeicherung und der Hormonproduktion beteiligt ist. Allerdings haben moderne Lebensstile zu einer weltweiten Epidemie von Fettleibigkeit und einem entsprechenden Anstieg damit verbundener Erkrankungen wie Typ-2-Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen geführt.
Forscher versuchen, die Grundlagen der Struktur des Fettgewebes und insbesondere der mit Fettleibigkeit verbundenen Entzündungen aufzudecken , in der Hoffnung, den Zusammenhang zwischen Fettansammlung und schlechten gesundheitlichen Folgen aufzudecken.
Eine neue Studie von Lindsey Muir, Ph.D., Doktorand Cooper Stansbury und Kollegen nutzt Einzelzellanalyse der Genexpression in Kombination mit räumlicher Transkriptomik, um bisher unerkannte Immunzelltypen und Interaktionen innerhalb des Fettgewebes aufzudecken. Die räumliche Transkriptomik ist eine neuere Technologie, die die gesamte Genexpression an kleinen Stellen in einem gesamten dünnen Gewebeabschnitt erfasst.
Fett zu studieren ist leichter gesagt als getan. In Geweben, die in definierten Schichten organisiert sind, beispielsweise dem Rückenmark oder dem Gehirn, „ist es einfacher, anhand Ihrer Daten Überprüfungen durchzuführen und diese oder jene Schicht als einen bestimmten Zelltyp zu identifizieren und zu wissen, dass sie die Gene X, Y und exprimieren sollte.“ Z“, sagte Muir, wissenschaftlicher Assistenzprofessor in der Abteilung für Computermedizin und Bioinformatik.
„Bei Fettgewebe ist es viel schwieriger, weil die Zelltypen gleichmäßig im Gewebe verteilt sind, ohne definierte Zellschichten.“ Bei Fettleibigkeit dehnen sich Fettzellen oder Adipozyten aus und können eine Grenze erreichen, die letztendlich zum Zelltod und zu Entzündungen führt.
Um besser zu verstehen, welche Arten von Immunzellen im Fettgewebe vorkommen und wo sie sich bei Fettleibigkeit treffen, fütterte das Team Mäuse 14 Wochen lang mit einer fettreichen Diät, entnahm Fettgewebe und erstellte dann mithilfe räumlicher und Einzelzellanalysen einen Messwert aller in der Probe vorhandenen mRNAs.
Mithilfe eines Rechenverfahrens, das als Clustering auf Einzelzelldaten bekannt ist, konnten sie Zellen gruppieren, deren genetische Ausstattung einander ähnlicher war als die anderer Gruppen oder der Gesamtstichprobe.
Sie entdeckten etwas Überraschendes an der Makrophagenpopulation der Proben , einer Immunzelle, deren Aufgabe es ist, abgestorbene Zellen und Ablagerungen zu beseitigen.
„Wir wussten, dass Makrophagen wahrscheinlich mehrere Subtypen haben würden. Was uns überraschte, war die Anzahl, die sich herausstellte, die sich sehr voneinander unterschieden und zu unterschiedlichen Zeiten auftraten und mit der Zeit dominanter wurden.“
Sie identifizierten fünf Typen, die sie Mac1, 2, 3, 4 und 5 nannten. Mac1 befand sich im Gewebe sowohl von mageren Mäusen mit normaler Ernährung als auch von fettleibigen Mäusen. Mac2 und Mac3, die anhand ihrer entzündungsfördernden Gene identifiziert wurden , erreichten ihren Höhepunkt nach 8 Wochen fettreicher Ernährung.
Mit fortschreitender fettreicher Diät überwogen jedoch Mac4- und Mac5-Zellen, die eine geringe Expression proinflammatorischer Gene aufwiesen, während proinflammatorische Mac2- und Mac3-Zellen abnahmen.
„Die Idee auf diesem Gebiet war, dass die Art von Makrophagen, die sich bei Fettleibigkeit ansammeln, einen Entzündungszustand fördert . Basierend auf diesen Daten steckt noch viel mehr hinter der Geschichte“, sagte Muir.
Ihre Hypothese ist, dass Mac4 und Mac5 die Lipid-assoziierten Makrophagen (LAM) sind, die in ihrer eigenen früheren Arbeit und von anderen Forschern beschrieben wurden, und dass sie ein Signal dafür sein könnten, dass der Körper versucht, ein schädliches Entzündungsniveau zu unterdrücken, das von entzündungsfördernden Makrophagen ausgeht sterbende Adipozyten. .
Anschließend ermöglichte eine sorgfältige Schnittführung von frisch gefrorenem Fettgewebe die Analyse mittels räumlicher Transkriptomik. Jeder Analysepunkt in der räumlichen Methode verfügt über einen eindeutigen Barcode, der an der mRNA im Gewebe über diesem Punkt angebracht ist, sodass die Genexpression anschließend mithilfe der Barcodes als Koordinaten bestimmten Stellen im Gewebe zugeordnet werden kann. Bei dieser Methode werden Schnitte auch kurz vor der mRNA-Sammlung abgebildet. Die Studie untersuchte diese Bilder auf verräterische Marker, sogenannte kronenförmige Strukturen , Strukturen, die mit Insulinresistenz verbunden sind .
„Sobald kronenartige Strukturen auftauchen, dauert es lange, bis sie verschwinden, und ihr Auftreten deutet auf eine Gewebestörung hin“, sagte Muir. „Mithilfe der Bildverarbeitung identifizierten wir anhand der Dichte dieser Regionen, was wahrscheinlich eine kronenartige Struktur sein würde, und überprüften dann, ob wir sie visuell sehen konnten“, sagte Muir. Diese Strukturen wiesen eine Genexpression auf, die auf das Vorhandensein von LAM Mac4 und Mac5 hinweist.
Mit mehr Informationen über die zelluläre Zusammensetzung und räumliche Organisation des Fettgewebes im Zusammenhang mit Fettleibigkeit besteht der nächste Schritt, so Muir, darin, die Signalprozesse und Proteine zu untersuchen, die mit der Entwicklung von LAM und Stoffwechselstörungen verbunden sind.
Schlussfolgerungen Unsere Daten überprüfen das aktuelle Verständnis der phänotypischen Veränderungen von ATM bei Fettleibigkeit. Wir identifizieren wichtige Meilensteine in der Entwicklung von MN-LAM und liefern einen räumlichen Kontext für die myeloische Signalübertragung, die an Stoffwechselstörungen beteiligt ist . Unsere Studie liefert Klarheit über die Zelltypen und Signale, die an der Bildung und Ansammlung von kronenförmigen Strukturen (CLS) beteiligt sind, einschließlich der räumlichen Dynamik der LAM-Entwicklung bei Fettleibigkeit. |
Referenz : „ Eine Lipid-assoziierte Makrophagen-Linie verändert die räumliche Landschaft des Fettgewebes bei früher Fettleibigkeit “, JCI Insight, DOI: /10.1172/jci.insight.171701
