単細胞トランスクリプトミクスを用いたゲノム編集された腎臓オルガノイドにおける腎症リスクバリアントのプロファイリング

Profiling Nephropathy Risk Variants in Genome-Edited Kidney Organoids with Single-Cell Transcriptomics.

• Esther Liu
• Behram Radmanesh
• Byungha H Chung
• Michael D Donnan
• Dan Yi
• Amal Dadi
• Kelly D Smith
• Jonathan Himmelfarb
• Mingyao Li
• Benjamin S Freedman
• Jennie Lin

抄録

背景:

DNAバリアントは腎臓病と関連しているが、その病態生理学的メカニズムは未だに不完全に解明されていない。モデル生物はこの遺伝子を欠失しているため、疾患状態を再現できる程度が限られている。ここでは、多様なネフロン細胞型におけるリスクバリアントの影響をプロファイリングするためのプラットフォームとして、ゲノム編集されたヒト腎臓オルガノイドのシングルセルRNAシークエンス（scRNA-seq）を紹介する。

Background: DNA variants in associate with kidney disease, but the pathophysiologic mechanisms remain incompletely understood. Model organisms lack the gene, limiting the degree to which disease states can be recapitulated. Here we present single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) of genome-edited human kidney organoids as a platform for profiling effects of risk variants in diverse nephron cell types.

方法:

我々は、ヒト人工多能性幹細胞（iPSCs）をフットプリントフリーのCRISPR-Cas9ゲノム編集を行い、ネイティブゲノム遺伝子座の高リスクG1バリアントをノックインした。iPSCsを腎臓小器官に分化させ、ビヒクル、IFN-、またはIFN-とチュニカマイシンの組み合わせで処理し、scRNA-seqで解析して、同所性G0コントロールと比較して、差動遺伝子発現パターンの細胞特異的変化をプロファイルした。

Methods: We performed footprint-free CRISPR-Cas9 genome editing of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) to knock in high-risk G1 variants at the native genomic locus. iPSCs were differentiated into kidney organoids, treated with vehicle, IFN-, or the combination of IFN- and tunicamycin, and analyzed with scRNA-seq to profile cell-specific changes in differential gene expression patterns, compared with isogenic G0 controls.

結果:

G0とG1の両iPSCsは、糸球体上皮細胞、近位尿細管、遠位尿細管、および内皮細胞を含むネフロン様構造を持つ腎臓オルガノイドに分化した。オルガノイドは、IFN-に曝露した後にのみ検出可能な発現を示した。scRNA-seqにより、誘導に対するG1オルガノイド応答の細胞型特異的差異が明らかになった。チュニカマイシン曝露の追加ストレスは、G1オルガノイドにおける糸球体上皮細胞の非分化化の増加につながった。

Results: Both G0 and G1 iPSCs differentiated into kidney organoids containing nephron-like structures with glomerular epithelial cells, proximal tubules, distal tubules, and endothelial cells. Organoids expressed detectable only after exposure to IFN-. scRNA-seq revealed cell type-specific differences in G1 organoid response to induction. Additional stress of tunicamycin exposure led to increased glomerular epithelial cell dedifferentiation in G1 organoids.

結論:

リスクバリアントを発現するヒトゲノム編集腎臓オルガノイドの単細胞トランスクリプトームプロファイリングは、APOL1が介在する腎臓病の病態生理を研究するための新しいプラットフォームを提供する。

Conclusions: Single-cell transcriptomic profiling of human genome-edited kidney organoids expressing risk variants provides a novel platform for studying the pathophysiology of APOL1-mediated kidney disease.