Kartierung des menschlichen Dickdarms mit Einzelzellsequenzierung (COLATA)

Der menschliche Dickdarm besteht aus vier unterschiedlichen histologischen Schichten: Serosa, Muscularis externa, Submukosa und Schleimhaut. Die innere Schleimhautoberfläche besteht aus Säulenepithel und Drüsengewebe, das Lieberkühn-Krypten und sekretorische Becherzellen, Lamina propria und Muscularis mucosa enthält. Mehrere unterschiedliche Zelltypen wurden in unterschiedlichem Ausmaß im Dickdarm entdeckt, zum Beispiel enteroendokrine Zellen und M-Zellen.

Die zelluläre Zusammensetzung, die Muster der Genexpression und die vorgeschalteten Regulationswege des menschlichen Dickdarms variieren je nach anatomischer Lokalisation. Dies zeigt sich in der anatomischen Verzerrung bei gut- und bösartigen kolorektalen Erkrankungen. Zum Beispiel weist das distale Kolon eine höhere Inzidenz von Colitis ulcerosa, Divertikulitis und Krebs mit chromosomaler Instabilität auf, während im proximalen Kolon ischämische Kolitis, kollagene Kolitis und durch Mikrosatelliteninstabilität induzierter Krebs vorherrschend sind.

Derzeit gibt es keine Studien, die Basisdaten für die genomweite Kodierung, Methylierung oder Genexpression in Bezug auf bestimmte anatomische Stellen im menschlichen Dickdarm beschreiben.

Durch die Verwendung von scRNAseq und scATACseq (Single-cell Assay of Transposase Accessible Chromatin Sequencing) werden wir in der Lage sein, offene Regionen in der DNA und RNA der Zelle zu kartieren, wodurch wir eine einzigartige „Karte“ der Zellen im Dickdarm erhalten, die auch ihre ist Genexpression. ScATACseq visualisiert offene Regionen im Chromatin und erzeugt „Peaks“, die dann zur Kartierung von DNA-Motiven wie Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen verwendet werden können. Mit dem Aufkommen von scATACseq ist die Zugänglichkeit von Chromatin in Kombination mit Genexpressionsdaten eine äußerst nützliche Ressource, um zelltypspezifische regulatorische DNA-Interaktionen zu untersuchen. Um die immunologischen Aspekte des Dickdarms weiter zu untersuchen, werden wir Immunzellen aus dem Dickdarm extrahieren. Abschließend wird Vollblut entnommen, um metabolische Risikofaktoren in Bezug auf die Stoffwechsel-Zellregulation des Dickdarms besser analysieren zu können.

Das übergeordnete Ziel dieser Studie ist die Beschreibung der zellulären Zusammensetzung des menschlichen Dickdarms und seiner Genexpression unter Verwendung von scRNAseq- und scATACseq-Methoden. Dies wird möglicherweise eine detaillierte Karte des Dickdarms liefern, die unser Verständnis der Entstehung von Erkrankungen des Dickdarms sowie des Einflusses des Dickdarms auf systemische Erkrankungen wie Typ-II-Diabetes unterstützt.