Nowe biomarkery zespołu przewlekłego zmęczenia zidentyfikowane dzięki analizie wolnokrążącego RNA

Gdy komórki obumierają, pozostawiają po sobie swego rodzaju „dziennik aktywności”: RNA uwalniane do osocza krwi, które ujawnia zmiany w ekspresji genów, sygnalizacji komórkowej, uszkodzeniach tkanek i innych procesach biologicznych.

Naukowcy z Uniwersytetu Cornella opracowali modele uczenia maszynowego, które potrafią analizować to wolnokrążące RNA i identyfikować kluczowe biomarkery dla myalgicznego zapalenia mózgu i rdzenia, znanego również jako zespół przewlekłego zmęczenia (ME/CFS). Podejście to może doprowadzić do opracowania testów diagnostycznych dla tej wyniszczającej choroby, której potwierdzenie u pacjentów jest trudne z powodu niespecyficznych objawów, łatwo mylonych z innymi schorzeniami.

Wyniki badań opublikowano 11 sierpnia w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences. Główną autorką publikacji jest Anne Gardella, doktorantka biochemii, biologii molekularnej i komórkowej w laboratorium De Vlamincka.

Projekt był efektem współpracy między zespołami dwóch współkierowników: Iwijna De Vlamincka, profesora nadzwyczajnego inżynierii biomedycznej w Cornell Engineering, oraz Maureen Hanson, profesor biologii molekularnej i genetyki w College of Agriculture and Life Sciences.

– Analizując molekularne „odciski palców” pozostawiane przez komórki we krwi, wykonaliśmy konkretny krok w stronę testu diagnostycznego dla ME/CFS – powiedział De Vlaminck. – To badanie pokazuje, że probówka krwi może dostarczyć cennych informacji o biologii choroby.

Laboratorium De Vlamincka wcześniej wykorzystało technikę analizy wolnokrążącego RNA do wykrywania choroby Kawasakiego oraz wieloukładowego zespołu zapalnego u dzieci (MIS-C) – rzadkich, trudnych diagnostycznie stanów zapalnych. Po wysłuchaniu jego prezentacji o projekcie dotyczącym wolnokrążącego DNA, Maureen Hanson, zajmująca się patofizjologią ME/CFS, zaproponowała współpracę.

Zastosowanie wolnokrążącego RNA do oceny ogólnoustrojowej wymiany komórkowej u pacjentów to koncepcja stosunkowo nowa, a w przypadku ME/CFS szczególnie obiecująca.

– ME/CFS wpływa na wiele układów organizmu – wyjaśnia Hanson, dyrektor Cornell Center for Enervating NeuroImmune Disease (ENID). – Układ nerwowy, odpornościowy, sercowo-naczyniowy. Analiza osocza daje wgląd w to, co dzieje się w tych różnych obszarach.

Obecnie brak jest testów laboratoryjnych dla ME/CFS, więc lekarze opierają się na obrazie klinicznym: przewlekłym zmęczeniu, zawrotach głowy, zaburzeniach snu i tzw. „mgłach mózgowych”.

– Problem w tym, że wiele objawów, z jakimi pacjent zgłasza się do lekarza rodzinnego, może wynikać z różnych chorób – mówi Hanson. – Lekarz chciałby mieć możliwość wykonania prostego badania krwi.

W badaniu pobrano próbki krwi od pacjentów z ME/CFS oraz zdrowych, choć prowadzących siedzący tryb życia, osób kontrolnych. Zespół De Vlamincka odwirował osocze, izolując i sekwencjonując cząsteczki RNA uwolnione w trakcie uszkodzenia i śmierci komórek.

Zidentyfikowano ponad 700 transkryptów istotnie różniących się między chorymi a grupą kontrolną. Dane te przeanalizowano za pomocą różnych algorytmów uczenia maszynowego, opracowując narzędzie klasyfikujące, które ujawniło oznaki deregulacji układu odpornościowego, dezorganizacji macierzy zewnątrzkomórkowej oraz wyczerpania limfocytów T u pacjentów z ME/CFS.

Dzięki analizie statystycznej udało się określić pochodzenie RNA poprzez dekodowanie wzorców ekspresji genów na podstawie znanych markerów komórkowych, ustalonych wcześniej w badaniu pojedynczych komórek RNA (single-cell RNA sequencing) prowadzonym przez laboratorium Grimsona w Cornell.

– Zidentyfikowaliśmy sześć typów komórek, które istotnie różniły się między pacjentami a grupą kontrolną – mówi Gardella. – Najbardziej podwyższony poziom stwierdzono w przypadku komórek dendrytycznych plazmocytoidowych, które uczestniczą w produkcji interferonów typu 1, co może wskazywać na nadmierną lub przedłużoną odpowiedź przeciwwirusową. Zaobserwowaliśmy również różnice w monocytach, płytkach krwi i innych subpopulacjach limfocytów T, co sugeruje szeroką deregulację odporności w ME/CFS.

Modele klasyfikujące oparte na wolnokrążącym RNA osiągnęły 77% dokładności w wykrywaniu ME/CFS – to jeszcze za mało, by mówić o gotowym teście diagnostycznym, ale stanowi znaczący krok naprzód. Badacze mają nadzieję, że metoda ta pozwoli lepiej zrozumieć złożoną biologię innych chorób przewlekłych, a także odróżniać ME/CFS od long COVID.

– Choć long COVID zwiększył świadomość chorób przewlekłych związanych z infekcjami, trzeba pamiętać o ME/CFS, które jest w rzeczywistości bardziej powszechne i cięższe, niż wielu osobom się wydaje – podsumowuje Gardella.

Badania były finansowane przez National Institutes of Health oraz WE&ME Foundation.

Źródło: Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2507345122