Раскрытие молекулярного ландшафта плаценты человека: систематический обзор и метаанализ исследований транскриптома отдельных клеток

Введение: В связи с растущим признанием значимости эффектов программирования развития, связанных с плацентарной дисфункцией, всё больше исследований посвящено углублённой характеристике и изучению молекулярных особенностей плаценты в норме и при заболеваниях. Плацента представляет собой временный, но динамичный орган, который на протяжении беременности адаптируется к меняющимся потребностям развивающегося плода и доступным ресурсам материнского организма. Трофобласты (цитотрофобласты, синцитиотрофобласты и экстравиллезные трофобласты) — специфические для плаценты типы клеток, обеспечивающие основные процессы обмена между матерью и плодом и адаптацию плаценты. Транскриптомные исследования с разрешением на уровне отдельных клеток позволили лучше понять роль плаценты в норме и при заболеваниях. Однако в этих исследованиях нередко выявляются расхождения в характеристике различных типов клеток плаценты.

Цель и обоснование: Мы обобщили знания о структуре и функции плаценты, полученные с помощью одноклеточного секвенирования РНК (scRNAseq), а затем сравнили гены, специфичные для разных типов клеток, с выделением их сходств и различий. Кроме того, мы стремились определить консенсусные гены-маркеры различных типов клеток трофобласта в разных исследованиях. Наконец, мы обсудили вклад scRNAseq и возможные области его применения при изучении заболеваний, связанных с беременностью.

Методы поиска: Мы провели систематический обзор литературы для выявления различных типов клеток и их функций в области материнско-плодного интерфейса. Поиск в базе PubMed охватывал все оригинальные исследования плаценты методом scRNAseq, опубликованные до марта 2023 года, а также опубликованные обзоры; всего было выявлено 28 исследований. Мы систематизировали типы и подтипы клеток, ранее описанные с помощью scRNAseq, и сравнили гены, использованные в качестве маркеров или предложенные как потенциально новые маркеры. Затем мы повторно проанализировали матрицы экспрессии из шести доступных исходных наборов данных scRNAseq с аннотацией клеток (четыре набора для первого триместра и два — для доношенной беременности), используя критерий суммы рангов Вилкоксона для сравнения экспрессии генов между исследованиями и аннотации маркеров клеток трофобласта в плаценте первого триместра и доношенной плаценте. Кроме того, мы объединили исходные данные scRNAseq, полученные от 18 здоровых плацент первого триместра и девяти доношенных плацент, и выполнили кластеризацию и анализ дифференциальной экспрессии генов. Маркеры, выявленные при анализе аннотированных и исходных наборов данных, дополнительно сравнили с данными литературы, чтобы получить общий список генов сигнатуры для основных типов клеток плаценты.

Результаты: Между исследованиями выявлялись различия в месте забора образцов, сроке беременности, поле плода, а также последующих методах секвенирования и анализа данных. Несмотря на различия в их доле, все три типа трофобластов стабильно выявлялись во всех исследованиях scRNAseq, в отличие от других нетрофобластных типов клеток. Примечательно, что ни один ген-маркер не был общим для всех исследований ни для одного из изученных типов клеток. Кроме того, большинство новых маркеров, определённых в одном исследовании, не выявлялись в других. Эти расхождения подтвердил наш анализ типов клеток трофобласта: в каждом исследовании выявлялись сотни потенциальных генов-маркеров, однако их перекрытие между исследованиями было небольшим. На основании 35 461 и 23 378 высококачественных клеток из плацент первого триместра и доношенных плацент соответственно мы определили основные типы клеток плаценты, включая периваскулярные клетки, которые ранее не выявлялись в плаценте первого триместра. Важно, что наш метаанализ предоставляет гены-маркеры основных типов клеток плаценты, отобранные на основе масштабной систематизации данных.

Более широкое значение: Этот обзор и метаанализ подчёркивают необходимость выработки консенсуса по аннотации типов клеток плаценты в данных scRNAseq. Выявленные гены-маркеры могут применяться для определения типов клеток плаценты человека, что позволит повысить воспроизводимость и точность аннотации клеток трофобласта.