単細胞シークエンシングにより、変形性関節症発症の根底にある病態が明らかになった

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Gene.2020 Jul;:144939. S0378-1119(20)30608-9. doi: 10.1016/j.gene.2020.144939.Epub 2020-07-05.

単細胞シークエンシングにより、変形性関節症発症の根底にある病態が明らかになった

Single cell sequencing revealed the underlying pathogenesis of the development of osteoarthritis.

Chenlu Li
Jing Luo
Xin Xu
Zihao Zhou
Senhong Ying
Xin Liao
Keke Wu

PMID: 32640306 DOI: 10.1016/j.gene.2020.144939.

抄録

変形性関節症（OA）は慢性的な変性疾患であり、発症率が高く、生活の質の低下や社会経済的負担の増大につながる。本研究では、変形性関節症に関連する重要な遺伝子や経路を明らかにし、早期治療のためのバイオマーカーとなる可能性を探ることを目的としています。OAの軟骨細胞1464個と線維芽細胞192個の単細胞遺伝子発現プロファイルを公開データベース（GSE104782およびGSE109449）からダウンロードし、その後の解析に使用した。軟骨細胞では8つのクラスター、OAの線維芽細胞では3つのクラスターがSeuratパイプラインと細胞型アノテーションのための"SingleR"パッケージを用いて同定された。さらに、線維芽細胞様軟骨細胞と線維芽細胞の間に共通する44のマーカー遺伝子を同定し、機能的エンリッチメント解析により、OAの重要な潜在的メカニズムとして焦点接着経路をさらに同定しました。さらに、組織レベルおよび細胞レベルでの逆転写定量リアルタイムPCR（RT-qPCR）実験により、2つの重要なマーカー遺伝子（COL6A3およびACTG1）がOAの進行に関与している可能性を確認した。以上のことから、OAの軟骨細胞はCOL6A3とACTG1の発現をアップレギュレートすることで、線維芽細胞の病巣接着経路を介して線維芽細胞の形質転換を完了させているのではないかと推測された。これらの知見は、OAの線維化過程をより深く理解し、早期OAの治療のための有望なターゲットとなることが期待されます。

Osteoarthritis (OA) is a chronic degenerative change with high incidence and leads to a lower quality of life and a larger socioeconomic burden. This study aimed to explore potential crucial genes and pathways associated with OA that can be used as potential biomarkers forearly treatment. Single-cell gene expression profile of 1464 chondrocytes and 192 fibroblasts in OA were downloaded from the public database (GSE104782 and GSE109449) for subsequent analysis. A total of eight clusters in chondrocytes and three clusters in fibroblasts of OA were identified using the Seurat pipeline and the "SingleR" package for cell-type annotation. Moreover, 44 common marker-genes between fibroblastic-like chondrocytes and fibroblasts were identified and the focal adhesions pathway was further identified as a significant potential mechanism of OA via functional enrichment analysis. Further, the reverse transcription quantitative real-time PCR (RT-qPCR) experiments at tissue's and cellular level confirmed that two key marker-genes (COL6A3 and ACTG1) might participate in the progression of OA. Summarily, we inferred that chondrocytes in OA might up-regulate the expression of COL6A3 and ACTG1 to complete fibroblasts transformation through the focal adhesion pathway. These findings are expected to gain a further insight into the development of OA fibrosis process and provide a promising target for treatment for early OA.