In Silico Modeling of Metabolic State in Single Th17 Cells Reveals Novel Regulators of Inflammation and Autoimmunity

生物 糖酵解 转录组 细胞生物学 表型 焊剂(冶金) 炎症 生物信息学 通量平衡分析 调节器 代谢途径 免疫系统 免疫学 自身免疫 计算生物学 新陈代谢 化学 生物化学 基因 基因表达 有机化学
作者
Allon Wagner,Chao Wang,David DeTomaso,Julián Ávila-Pacheco,Sarah Zaghouani,Johannes Fessler,Sequoia Eyzaguirre,Elliot H. Akama‐Garren,Kerry A. Pierce,Noga Ron‐Harel,Vivian Paraskevi Douglas,Marcia C. Haigis,Raymond A. Sobel,Clary B. Clish,Aviv Regev,Vijay K. Kuchroo,Nir Yosef
标识
DOI:10.1101/2020.01.23.912717
摘要

ABSTRACT Cellular metabolism, a key regulator of immune responses, is difficult to study with current technologies in individual cells Here, we present Compass, an algorithm to characterize the metabolic state of cells based on single-cell RNA-Seq and flux balance analysis. We applied Compass to associate metabolic states with functional variability (pathogenic potential) amongst Th17 cells and recovered a metabolic switch between glycolysis and fatty acid oxidation, akin to known differences between Th17 and Treg cells, as well as novel targets in amino-acid pathways, which we tested through targeted metabolic assays. Compass further predicted a particular glycolytic reaction (phosphoglycerate mutase — PGAM) that promotes an anti-inflammatory Th17 phenotype, contrary to the common understanding of glycolysis as pro-inflammatory. We demonstrate that PGAM inhibition leads non-pathogenic Th17 cells to adopt a pro-inflammatory transcriptome and induce autoimmunity in vivo. Compass is broadly applicable for characterizing metabolic states of cells and relating metabolic heterogeneity to other cellular phenotypes.
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