Transcriptional Networks and Cellular Plasticity in Murine NASH

Hyppigheden af fedme-relaterede lidelser som ikke-alkoholisk steatohepatitis (NASH) er steget globalt i løbet af de sidste årtier. Her ses der unormal ophobning af leverfedt, inflammation samt fibrose, som fører til forstyrrelse af levervævets arkitektur og funktion, hvilket øger risikoen for kronisk leversygdom, skrumpelever og hepatocellulært karcinom. De underliggende mekanismer for NASH-patogenese er stadig delvist ukendte, og behandlingsmuligheder for patienter verden over er begrænsede. I dag ved vi, at NASH er drevet af meget komplekse
cellulære interaktioner imellem flere celletyper, herunder hepatiske stellatceller (HSC'er) og infiltrerende immunceller. Hvordan disse celler deltager i sygdomsinitiering og -progression, og hvilke intercellulære interaktioner der kan drive disse begivenheder, er kun delvist beskrevet i litteraturen.


Arbejdet præsenteret i denne PhD-afhandling er opdelt i to dele. I del I (artikel I) havde vi til formål at bestemme HSC-plasticitet i NASH og kortlægge transkriptionelle netværk der kontrollerer denne dynamik. Her introducerede vi NASH i mus gennem western diet kost i kombination med fruktose, og efterfølgende isolerede vi HSC'er på forskellige tidspunkter op til 24 uger. RNA-seq eksperimenter afslørede transkriptionelle ændringer i HSC'er under sygdomsudviklingen og fandt et potentielt centralt transkriptionelt program, der kontrollerer induktion af den tidlige aktiveringstilstand. Motivberigelsesanalyse ved promotorregioner af HSC-aktiverede gener indikerer ETS1 og RUNX1 som formodede transkriptionelle regulatorer, der driver NASH-associeret HSC-plasticitet. Dette blev bekræftet af loss-of-function eksperimenter, som reducerede ekspressionen af fibrogene gener såsom Col1a1 og Acta2 under HSC-aktivering in vitro.


I del II (artikel II) ønskede vi at undersøge hepatisk vævsheterogenitet og plasticitet i fremskreden NASH. For at rekapitulere menneskelig patofysiologi fodrede vi mus med western diet kost i kombination med fruktose i 52 uger, og sammenlignede dem med alders-matchede sunde kontroller. Single-cell RNA-seq-eksperimenter afslørede 11 forskellige cellepopulationer samt en generel ændring i levercellesammensætning i NASH sammenlignet med rask lever. Af speciel interesse fandt vi en stigning i mononukleær fagocyt (MP) heterogenitet med øgning af infiltrerende monocytter og monocyt-afledte makrofager. På linje med dette forudsagde RNAvelocities en ændret plasticitet af MP'er i NASH og viste kupffer celle (KC)-lignende celler som både monocytog KC-afledte. Endvidere så vi i NASH-leveren et skift i HSC-sammensætning til flere aktiverede celler med øget
produktion af ekstracellulær matrix. Ved hjælp af SCENIC fandt vi subpopulationsspecifikke transkriptionelle regulatorer der potentielt driver HSC-plasticitet på forskellige stadier under aktivering. Endelig forudsagde NicheNet ligand-receptor-interaktioner og specicerede mulige mekanismer for kommunikation mellem subpopulationer af HSC'er og MP'er. Dette kan bidrage til vores videre forståelse af intercellulære interaktioner i både den sunde og syge lever.


Kort fortalt har vi igennem disse studier givet indsigt i hepatisk vævsheterogenitet og cellulær plasticitet ved NASH i mus, med et specifikt fokus på HSC'er og MP'er; begge vigtige celletyper i forhold til inflammation og fibrose. Arbejdet gav en øget forståelse af leverens kompleksitet og en bedre karakterisering af cellesubpopulationer, formodede cellulære transitioner samt transkriptionelle netværk, der kontrollerer subpopulationsspeci-
fikke cellulære identiteter i leveren.