シングルセルメタボロミクス。細胞の不均一性とウイルス-宿主相互作用を明らかにするための将来のツール

Single Cell Metabolomics: A Future Tool to Unmask Cellular Heterogeneity and Virus-Host Interaction in Context of Emerging Viral Diseases.

• Rajesh Kumar
• Mayukh Ghosh
• Sandeep Kumar
• Minakshi Prasad

抄録

ウイルスの出現は予測不可能であるが、特に気候変動とグローバル化の時代には明らかな出来事である。ウイルス発生の効率的な管理は、既存の知識と警戒心に依存している。ウイルスの出現の潜在的なホットスポットは無視されたままであることが多く、それに関連する情報は、特に新興ウイルスについては不十分です。ウイルスの複製と伝播は、宿主の代謝機能を利用することに依存しています。そのため、宿主の代謝経路の変化を利用してウイルスを封じ込めることができます。メタボロミクスは、そのようなチェックポイントを追跡するための洞察を提供します。そのため、ウイルス-宿主界面における代謝変化の内観は、現在のウイルス学研究の主要な領域として発展してきました。分析の大部分はクロマトグラフィー分離と質量分析が主流で、核磁気共鳴（NMR）法や蛍光法がそれに続いて用いられています。これまでに、ウイルスの複製や宿主の代謝経路の調節に関する貴重な情報が抽出されてきたが、感染細胞に対する集団効果のために、曖昧さが実際の事象に取って代わられることが多かった。そのため、感染細胞の不均一性や周辺の健康な細胞からの分化を探ることが重要になってきています。このような詳細な情報を得るためには、シングルセルメタボロミクス(SCM)が必要とされています。質量分析イメージング(MSI)とエレクトロスプレーイオン化(ESI)、レーザーアブレーションエレクトロスプレーイオン化(LAESI)、マトリックスアシストレーザー脱離イオン化(MALDI)、マトリックスフリーレーザー脱離イオン化(LDI)などのソフトイオン化技術は、SCM分析に最適なプラットフォームとして発展してきました。SCMの可能性は、すでにいくつかの生物学的な難問を解決するために利用されています。このようにして、SCMはウイルス-宿主インターフェースの扉をノックしています。

Viral emergence is an unpredictable but obvious event, particularly in the era of climate change and globalization. Efficient management of viral outbreaks depends on pre-existing knowledge and alertness. The potential hotspots of viral emergence often remain neglected and the information related to them is insufficient, particularly for emerging viruses. Viral replication and transmission rely upon usurping the host metabolic machineries. So altered host metabolic pathways can be exploited for containment of these viruses. Metabolomics provides the insight for tracing out such checkpoints. Consequently introspection of metabolic alteration at virus-host interface has evolved as prime area in current virology research. Chromatographic separation followed by mass spectrometry has been used as the predominant analytical platform in bulk of the analyses followed by nuclear magnetic resonance (NMR) and fluorescence based techniques. Although valuable information regarding viral replication and modulation of host metabolic pathways have been extracted but ambiguity often superseded the real events due to population effect over the infected cells. Exploration of cellular heterogeneity and differentiation of infected cells from the nearby healthy ones has become essential. Single cell metabolomics (SCM) emerges as necessity to explore such minute details. Mass spectrometry imaging (MSI) coupled with several soft ionization techniques such as electrospray ionization (ESI), laser ablation electrospray ionization (LAESI), matrix assisted laser desorption/ionization (MALDI), matrix-free laser desorption ionization (LDI) have evolved as the best suited platforms for SCM analyses. The potential of SCM has already been exploited to resolve several biological conundrums. Thus SCM is knocking at the door of virus-host interface.

Copyright © 2020 Kumar, Ghosh, Kumar and Prasad.