Эпигеномные эффекты инфекций и факторов среды в иммунных клетках человека: анализ единичных клеток
При заражении одним и тем же патогеном у разных людей могут формироваться принципиально разные симптомы и исходы, что определяется как генетической предрасположенностью, так и факторами среды. Ранее влияние этих факторов на эпигеном иммунных клеток изучалось в основном методами массового секвенирования, без анализа на уровне отдельных клеток.
Исследователи из США и их коллеги проанализировали единичные клетки в 171 образце мононуклеарных клеток периферической крови от 110 человек, подвергавшихся или не подвергавшихся воздействию ВИЧ-1, вируса гриппа A (H3N2), MRSA, MSSA, вакцины против сибирской язвы, SARS-CoV-2 или органофосфатов. Затем они выделили основные типы иммунных клеток и идентифицировали дифференциально метилированные регионы (DMR - это участок генома, где уровень метилирования ДНК статистически значимо отличается между группами образцов), связанные с воздействием (eDMR), и генотип-ассоциированные DMR (gDMR).
ВИЧ-1, SARS-CoV-2 и MRSA/MSSA ассоциировались с характерными метиломными профилями моноцитов, CD4+ и наивных CD8+ T-клеток. Воздействия также изменяли соотношение иммунных клеток: при SARS-CoV-2 увеличивалась доля моноцитов, а ВИЧ оказывал глобальное влияние на иммунную систему, особенно на NK-клетки, CD8+ T-клетки памяти и наивные T-клетки.
Всего было выявлено 756 575 eDMR, включая 517 698 гипометилированных и 238 877 гиперметилированных регионов; в среднем около 10 000 eDMR на каждый тип клеток и воздействие. Наибольшее число eDMR наблюдалось при SARS-CoV-2, воздействии органофосфатов и MRSA/MSSA. ВИЧ вызывал выраженную перестройку метилирования, особенно на ранних этапах инфекции, тогда как ответ на SARS-CoV-2 зависел от тяжести заболевания. После учета пола, возраста и происхождения сохранялись 410 143 eDMR.
Гипометилированные eDMR при разных воздействиях были обогащены сходными мотивами транскрипционных факторов, что указывает на потенциальное влияние метилирования на регуляцию экспрессии генов. Всего было идентифицировано 275 283 gDMR, которые преимущественно располагались в стабильных генных регионах долгоживущих T- и B-клеток, тогда как eDMR локализовались в более динамичных регуляторных областях.
Таким образом, наследственные факторы формируют устойчивые иммунные программы, тогда как жизненный опыт влияет преимущественно на гибкие, специфические иммунные ответы. Таким образом, был получен атлас человеческих иммунных клеток, который раскрывает, как генетические факторы и факторы окружающей среды формируют эпигеномы.