Published January 5, 2023 | Version v1
Publication Open

Comprehensive bulk and single-cell transcriptome profiling give useful insights into the characteristics of osteoarthritis associated synovial macrophages

Creators

  • 1. Shenzhen Second People's Hospital
  • 2. First Affiliated Hospital of Jinan University
  • 3. Southern University of Science and Technology
  • 4. Jinan University
  • 5. Guangzhou Medical University
  • 6. Peking University

Description

Osteoarthritis (OA) is a common chronic joint disease, but the association between molecular and cellular events and the pathogenic process of OA remains unclear.The study aimed to identify key molecular and cellular events in the processes of immune infiltration of the synovium in OA and to provide potential diagnostic and therapeutic targets.To identify the common differential expression genes and function analysis in OA, we compared the expression between normal and OA samples and analyzed the protein-protein interaction (PPI). Additionally, immune infiltration analysis was used to explore the differences in common immune cell types, and Gene Set Variation Analysis (GSVA) analysis was applied to analyze the status of pathways between OA and normal groups. Furthermore, the optimal diagnostic biomarkers for OA were identified by least absolute shrinkage and selection operator (LASSO) models. Finally, the key role of biomarkers in OA synovitis microenvironment was discussed through single cell and Scissor analysis.A total of 172 DEGs (differentially expressed genes) associated with osteoarticular synovitis were identified, and these genes mainly enriched eight functional categories. In addition, immune infiltration analysis found that four immune cell types, including Macrophage, B cell memory, B cell, and Mast cell were significantly correlated with OA, and LASSO analysis showed that Macrophage were the best diagnostic biomarkers of immune infiltration in OA. Furthermore, using scRNA-seq dataset, we also analyzed the cell communication patterns of Macrophage in the OA synovial inflammatory microenvironment and found that CCL, MIF, and TNF signaling pathways were the mainly cellular communication pathways. Finally, Scissor analysis identified a population of M2-like Macrophages with high expression of CD163 and LYVE1, which has strong anti-inflammatory ability and showed that the TNF gene may play an important role in the synovial microenvironment of OA.Overall, Macrophage is the best diagnostic marker of immune infiltration in osteoarticular synovitis, and it can communicate with other cells mainly through CCL, TNF, and MIF signaling pathways in microenvironment. In addition, TNF gene may play an important role in the development of synovitis.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الفصال العظمي هو مرض مفصلي مزمن شائع، لكن الارتباط بين الأحداث الجزيئية والخلوية والعملية المسببة للأمراض في الفصال العظمي لا يزال غير واضح. هدفت الدراسة إلى تحديد الأحداث الجزيئية والخلوية الرئيسية في عمليات التسلل المناعي للزليل في الفصال العظمي وتوفير أهداف تشخيصية وعلاجية محتملة. لتحديد جينات التعبير التفاضلي الشائعة وتحليل الوظائف في الفصال العظمي، قمنا بمقارنة التعبير بين العينات الطبيعية وعينات الفصال العظمي وتحليل تفاعل البروتين والبروتين (PPI). بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام تحليل التسلل المناعي لاستكشاف الاختلافات في أنواع الخلايا المناعية الشائعة، وتم تطبيق تحليل تباين مجموعة الجينات (GSVA) لتحليل حالة المسارات بين الزراعة العضوية والمجموعات الطبيعية. علاوة على ذلك، تم تحديد المؤشرات الحيوية التشخيصية المثلى للفم المفتوح من خلال نماذج مشغل الانكماش والاختيار الأقل مطلقًا (LASSO). أخيرًا، تمت مناقشة الدور الرئيسي للمؤشرات الحيوية في البيئة الدقيقة لالتهاب الغشاء الزليلي المفتوح من خلال تحليل الخلية الواحدة والمقص. تم تحديد ما مجموعه 172 DEGs (الجينات المعبر عنها بشكل تفاضلي) المرتبطة بالتهاب الغشاء الزليلي العظمي المفصلي، وهذه الجينات أثرت بشكل أساسي ثماني فئات وظيفية. بالإضافة إلى ذلك، وجد تحليل التسلل المناعي أن أربعة أنواع من الخلايا المناعية، بما في ذلك البلاعم، وذاكرة الخلايا البائية، والخلايا البائية، والخلية البدينة كانت مرتبطة بشكل كبير بالفصام، وأظهر تحليل لاسو أن البلاعم كانت أفضل المؤشرات الحيوية التشخيصية للتسلل المناعي في الفصال العظمي. علاوة على ذلك، باستخدام مجموعة بيانات scRNA - seq، قمنا أيضًا بتحليل أنماط الاتصال الخلوي للبلاعم في البيئة الدقيقة الالتهابية الزليلية المفتوحة ووجدنا أن مسارات إشارات CCL و MIF و TNF كانت مسارات الاتصال الخلوية بشكل أساسي. أخيرًا، حدد تحليل المقص مجموعة من البلاعم الشبيهة بـ M2 مع تعبير عالٍ عن CD163 و LYVE1، والتي لديها قدرة قوية مضادة للالتهابات وأظهرت أن جين TNF قد يلعب دورًا مهمًا في البيئة الدقيقة الزليلية لـ OA. بشكل عام، البلاعم هو أفضل علامة تشخيصية للتسلل المناعي في التهاب الزليل العظمي المفصلي، ويمكنه التواصل مع الخلايا الأخرى بشكل رئيسي من خلال مسارات إشارات CCL و TNF و MIF في البيئة الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك، قد يلعب جين TNF دورًا مهمًا في تطور التهاب الزليل.

Translated Description (French)

L'arthrose (OA) est une maladie articulaire chronique courante, mais l'association entre les événements moléculaires et cellulaires et le processus pathogène de l'OA reste floue. L'étude visait à identifier les événements moléculaires et cellulaires clés dans les processus d'infiltration immunitaire de la synoviale dans l'OA et à fournir des cibles diagnostiques et thérapeutiques potentielles. Pour identifier les gènes d'expression différentielle communs et l'analyse de la fonction dans l'OA, nous avons comparé l'expression entre les échantillons normaux et l'OA et analysé l'interaction protéine-protéine (IPP). De plus, l'analyse de l'infiltration immunitaire a été utilisée pour explorer les différences entre les types de cellules immunitaires communes, et l'analyse de la variation de l'ensemble des gènes (GSVA) a été appliquée pour analyser l'état des voies entre les groupes OA et normaux. De plus, les biomarqueurs diagnostiques optimaux pour l'arthrose ont été identifiés par des modèles d'opérateur de moindre rétrécissement absolu et de sélection (LASSO). Enfin, le rôle clé des biomarqueurs dans le microenvironnement de la synovite ostéo-articulaire a été discuté à travers l'analyse des cellules uniques et des ciseaux. Un total de 172 DEG (gènes exprimés de manière différentielle) associés à la synovite ostéo-articulaire ont été identifiés, et ces gènes ont principalement enrichi huit catégories fonctionnelles. De plus, l'analyse de l'infiltration immunitaire a révélé que quatre types de cellules immunitaires, y compris les macrophages, la mémoire des cellules B, les cellules B et les mastocytes étaient significativement corrélés avec l'arthrose, et l'analyse LASSO a montré que les macrophages étaient les meilleurs biomarqueurs diagnostiques de l'infiltration immunitaire dans l'arthrose. De plus, en utilisant l'ensemble de données scRNA-seq, nous avons également analysé les modèles de communication cellulaire de Macrophage dans le microenvironnement inflammatoire synovial de l'arthrose et avons constaté que les voies de signalisation CCL, MIF et TNF étaient les voies de communication principalement cellulaires. Enfin, l'analyse Scissor a identifié une population de macrophages de type M2 avec une expression élevée de CD163 et de LYVE1, qui a une forte capacité anti-inflammatoire et a montré que le gène TNF peut jouer un rôle important dans le microenvironnement synovial de l'OA.Overall, le macrophage est le meilleur marqueur diagnostique de l'infiltration immunitaire dans la synovite ostéoarticulaire, et il peut communiquer avec d'autres cellules principalement par les voies de signalisation CCL, TNF et MIF dans le microenvironnement. De plus, le gène TNF peut jouer un rôle important dans le développement de la synovite.

Translated Description (Spanish)

La osteoartritis (OA) es una enfermedad articular crónica común, pero la asociación entre los eventos moleculares y celulares y el proceso patogénico de la OA sigue sin estar clara. El estudio tuvo como objetivo identificar los eventos moleculares y celulares clave en los procesos de infiltración inmune de la membrana sinovial en la OA y proporcionar posibles objetivos diagnósticos y terapéuticos. Para identificar los genes de expresión diferencial comunes y el análisis de la función en la OA, comparamos la expresión entre muestras normales y de OA y analizamos la interacción proteína-proteína (PPI). Además, se utilizó el análisis de infiltración inmune para explorar las diferencias en los tipos de células inmunes comunes, y se aplicó el análisis de variación del conjunto de genes (GSVA) para analizar el estado de las vías entre los grupos de OA y normales. Además, los biomarcadores de diagnóstico óptimos para la OA se identificaron mediante modelos de operador de contracción y selección (LASSO) menos absolutos. Finalmente, se discutió el papel clave de los biomarcadores en el microambiente de la sinovitis OA a través del análisis de células individuales y tijeras. Se identificaron un total de 172 DEG (genes expresados diferencialmente) asociados con la sinovitis osteoarticular, y estos genes enriquecieron principalmente ocho categorías funcionales. Además, el análisis de infiltración inmune encontró que cuatro tipos de células inmunes, incluidos los macrófagos, la memoria de las células B, las células B y los mastocitos, se correlacionaron significativamente con la OA, y el análisis de LASSO mostró que los macrófagos eran los mejores biomarcadores diagnósticos de la infiltración inmune en la OA. Además, utilizando el conjunto de datos scRNA-seq, también analizamos los patrones de comunicación celular de los macrófagos en el microambiente inflamatorio sinovial de OA y encontramos que las vías de señalización de CCL, MIF y TNF eran las vías de comunicación principalmente celulares. Finalmente, el análisis de Scissor identificó una población de macrófagos similares a M2 con alta expresión de CD163 y LYVE1, que tiene una fuerte capacidad antiinflamatoria y mostró que el gen TNF puede desempeñar un papel importante en el microambiente sinovial de OA.Overall, el macrófago es el mejor marcador diagnóstico de infiltración inmune en la sinovitis osteoarticular, y puede comunicarse con otras células principalmente a través de las vías de señalización CCL, TNF y MIF en el microambiente. Además, el gen TNF puede desempeñar un papel importante en el desarrollo de la sinovitis.

Files

pdf.pdf

Files (11.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f22e4825a630610872f6e6de84b866ef
11.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يوفر التنميط الشامل للنسخة السائبة والنسخة أحادية الخلية رؤى مفيدة حول خصائص البلاعم الزليلية المرتبطة بالفصال العظمي
Translated title (French)
Le profilage complet du transcriptome en vrac et unicellulaire donne des informations utiles sur les caractéristiques des macrophages synoviaux associés à l'arthrose
Translated title (Spanish)
El perfil integral del transcriptoma a granel y unicelular proporciona información útil sobre las características de los macrófagos sinoviales asociados a la osteoartritis

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4313561451
DOI
10.3389/fimmu.2022.1078414

Is supplement to
https://openalex.org/W650762618 (Other)
https://openalex.org/W4388075929 (Other)
https://openalex.org/W4386590483 (Other)
https://openalex.org/W4242815383 (Other)
https://openalex.org/W3155641129 (Other)
https://openalex.org/W2579996474 (Other)
https://openalex.org/W2399513595 (Other)
https://openalex.org/W2346491184 (Other)
https://openalex.org/W2169904250 (Other)
https://openalex.org/W1902427662 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1922310012
  • https://openalex.org/W1967469609
  • https://openalex.org/W1993990835
  • https://openalex.org/W1996216848
  • https://openalex.org/W2017869529
  • https://openalex.org/W2027847170
  • https://openalex.org/W2042604647
  • https://openalex.org/W2085788584
  • https://openalex.org/W2105832282
  • https://openalex.org/W2107060225
  • https://openalex.org/W2136850043
  • https://openalex.org/W2146512944
  • https://openalex.org/W2159675211
  • https://openalex.org/W2159707944
  • https://openalex.org/W2164993228
  • https://openalex.org/W2169589032
  • https://openalex.org/W2179438025
  • https://openalex.org/W2319666323
  • https://openalex.org/W2323118134
  • https://openalex.org/W2399442760
  • https://openalex.org/W2469765656
  • https://openalex.org/W2471391425
  • https://openalex.org/W2516583270
  • https://openalex.org/W2546543064
  • https://openalex.org/W2584503597
  • https://openalex.org/W2615650812
  • https://openalex.org/W2735367740
  • https://openalex.org/W2765737873
  • https://openalex.org/W2794112887
  • https://openalex.org/W2794480084
  • https://openalex.org/W2800728832
  • https://openalex.org/W2811111313
  • https://openalex.org/W2886155764
  • https://openalex.org/W2897892799
  • https://openalex.org/W2900569176
  • https://openalex.org/W2900960665
  • https://openalex.org/W2910748877
  • https://openalex.org/W2913368207
  • https://openalex.org/W2923966070
  • https://openalex.org/W2938970545
  • https://openalex.org/W2950764390
  • https://openalex.org/W2981049578
  • https://openalex.org/W2998745948
  • https://openalex.org/W3002710359
  • https://openalex.org/W3008065079
  • https://openalex.org/W3009788614
  • https://openalex.org/W3012470936
  • https://openalex.org/W3046570011
  • https://openalex.org/W3085945914
  • https://openalex.org/W3099810371
  • https://openalex.org/W3111477061
  • https://openalex.org/W3133261031
  • https://openalex.org/W3151522506
  • https://openalex.org/W3154881676
  • https://openalex.org/W3156759829
  • https://openalex.org/W3162825197
  • https://openalex.org/W3171888678
  • https://openalex.org/W3193501355
  • https://openalex.org/W3194082837
  • https://openalex.org/W3196215800
  • https://openalex.org/W3198799004
  • https://openalex.org/W3207601909
  • https://openalex.org/W3211405363
  • https://openalex.org/W4200378061
  • https://openalex.org/W4210254819
  • https://openalex.org/W4213290578
  • https://openalex.org/W4280620610
  • https://openalex.org/W4281890779
  • https://openalex.org/W4281957577
  • https://openalex.org/W4286447733
  • https://openalex.org/W4288441241
  • https://openalex.org/W4291157264