Deciphering state-dependent immune features from multi-layer omics data at single-cell resolution
Nature Genetics, 2025
Edahiro R., Sato G., Naito T., Shirai Y., Saiki R., Sonehara K., Tomofuji Y., Yamamoto K., Namba S., Sasa N., Nagao G., Wang Q., Takahashi Y., Hasegawa T., Kishikawa T., Suzuki K., Liu Y., Motooka D., Takuwa A., Tanaka H., Azekawa S., Wang Q., Edahiro R., Shirai Y., Lee H., Hyugaji T., Shimizu E., Katayama K., Kanai M., Naito T., Sasa N., Takahashi K., Harada N., Naito T., Hiki M., Matsushita Y., Takagi H., Ichikawa M., Nakamura A., Harada S., Sandhu Y., Kabata H., Masaki K., Kamata H., Ikemura S., Chubachi S., Okamori S., Terai H., Morita A., Asakura T., Sasaki J., Morisaki H., Uwamino Y., Nanki K., Uchida S., Uno S., Nishimura T., Ishiguro T., Isono T., Shibata S., Matsui Y., Hosoda C., Takano K., Nishida T., Kobayashi Y., Takaku Y., Takayanagi N., Ueda S., Tada A., Miyawaki M., Yamamoto M., Yoshida E., Hayashi R., Nagasaka T., Arai S., Kaneko Y., Sasaki K., Tagaya E., Kawana M., Arimura K., Takahashi K., Anzai T., Ito S., Endo A., Uchimura Y., Miyazaki Y., Honda T., Tateishi T., Tohda S., Ichimura N., Sonobe K., Sassa C., Nakajima J., Nakano Y., Nakajima Y., Anan R., Arai R., Kurihara Y., Harada Y., Nishio K., Ueda T., Azuma M., Saito R., Sado T., Miyazaki Y., Sato R., Haruta Y., Nagasaki T., Yasui Y., Hasegawa Y., Mutoh Y., Kimura T., Sato T., Takei R., Hagimoto S., Noguchi Y., Yamano Y., Sasano H., Ota S., Nakamori Y., Yoshiya K., Saito F., Yoshihara T., Wada D., Iwamura H., Kanayama S., Maruyama S., Yoshiyama T., Ohta K., Kokuto H., Ogata H., Tanaka Y., Arakawa K., Shimoda M., Osawa T., Tateno H., Hase I., Yoshida S., Suzuki S., Kawada M., Horinouchi H., Saito F., Mitamura K., Hagihara M., Ochi J., Uchida T., Baba R., Arai D., Ogura T., Takahashi H., Hagiwara S., Nagao G., Konishi S., Nakachi I., Murakami K., Yamada M., Sugiura H., Sano H., Matsumoto S., Kimura N., Ono Y., Baba H., Suzuki Y., Nakayama S., Masuzawa K., Namba S., Shiroyama T., Noda Y., Niitsu T., Adachi Y., Enomoto T., Amiya S., Hara R., Yamaguchi Y., Murakami T., Kuge T., Matsumoto K., Yamamoto Y., Yamamoto M., Yoneda M., Tomono K., Kato K., Koh H., Manabe T., Funatsu Y., Ito F., Fukui T., Shinozuka K., Kohashi S., Miyazaki M., Shoko T., Kojima M., Adachi T., Ishikawa M., Takahashi K., Inoue T., Hirano T., Kobayashi K., Takaoka H., Watanabe K., Miyazawa N., Kimura Y., Sado R., Sugimoto H., Kamiya A., Kuwahara N., Fujiwara A., Matsunaga T., Sato Y., Okada T., Hirai Y., Kawashima H., Narita A., Niwa K., Sekikawa Y., Nishi K., Nishitsuji M., Tani M., Suzuki J., Nakatsumi H., Ogura T., Kitamura H., Hagiwara E., Murohashi K., Okabayashi H., Mochimaru T., Nukaga S., Satomi R., Oyamada Y., Mori N., Baba T., Fukui Y., Odate M., Mashimo S., Makino Y., Yagi K., Hashiguchi M., Kagyo J., Shiomi T., Fuke S., Saito H., Tsuchida T., Fujitani S., Takita M., Morikawa D., Yoshida T., Izumo T., Inomata M., Kuse N., Awano N., Tone M., Ito A., Nakamura Y., Hoshino K., Maruyama J., Ishikura H., Takata T., Odani T., Amishima M., Hattori T., Shichinohe Y., Kagaya T., Kita T., Ohta K., Sakagami S., Koshida K., Hayashi K., Shimizu T., Kozu Y., Hiranuma H., Gon Y., Izumi N., Nagata K., Ueda K., Taki R., Hanada S., Kawamura K., Ichikado K., Nishiyama K., Muranaka H., Nakamura K., Hashimoto N., Wakahara K., Koji S., Omote N., Ando A., Kodama N., Kaneyama Y., Maeda S., Kuraki T., Matsumoto T., Yokote K., Nakada T., Abe R., Oshima T., Shimada T., Harada M., Takahashi T., Ono H., Sakurai T., Shibusawa T., Kimizuka Y., Kawana A., Sano T., Watanabe C., Suematsu R., Sageshima H., Yoshifuji A., Ito K., Takahashi S., Ishioka K., Nakamura M., Masuda M., Wakabayashi A., Watanabe H., Ueda S., Nishikawa M., Chihara Y., Takeuchi M., Onoi K., Shinozuka J., Sueyoshi A., Nagasaki Y., Okamoto M., Ishihara S., Shimo M., Tokunaga Y., Kusaka Y., Ohba T., Isogai S., Ogawa A., Inoue T., Fukuyama S., Eriguchi Y., Yonekawa A., Kan-o K., Matsumoto K., Kanaoka K., Ihara S., Komuta K., Inoue Y., Chiba S., Yamagata K., Hiramatsu Y., Kai H., Asano K., Oguma T., Ito Y., Hashimoto S., Yamasaki M., Kasamatsu Y., Komase Y., Hida N., Tsuburai T., Oyama B., Takada M., Kanda H., Kitagawa Y., Fukuta T., Miyake T., Yoshida S., Ogura S., Abe S., Kono Y., Togashi Y., Takoi H., Kikuchi R., Ogawa S., Ogata T., Ishihara S., Kanehiro A., Ozaki S., Fuchimoto Y., Wada S., Fujimoto N., Nishiyama K., Terashima M., Beppu S., Yoshida K., Narumoto O., Nagai H., Ooshima N., Motegi M., Umeda A., Miyagawa K., Shimada H., Endo M., Ohira Y., Watanabe M., Inoue S., Igarashi A., Sato M., Sagara H., Tanaka A., Ohta S., Kimura T., Shibata Y., Tanino Y., Nikaido T., Minemura H., Sato Y., Yamada Y., Hashino T., Shinoki M., Iwagoe H., Takahashi H., Fujii K., Kishi H., Kanai M., Imamura T., Yamashita T., Yatomi M., Maeno T., Hayashi S., Takahashi M., Kuramochi M., Kamimaki I., Tominaga Y., Ishii T., Utsugi M., Ono A., Tanaka T., Kashiwada T., Fujita K., Saito Y., Seike M., Watanabe H., Matsuse H., Kodaka N., Nakano C., Oshio T., Hirouchi T., Makino S., Egi M., Omae Y., Nannya Y., Ueno T., Takano T., Katayama K., Ai M., Kumanogoh A., Sato T., Hasegawa N., Tokunaga K., Ishii M., Kitagawa Y., Ogawa S., Kanai T., Okada Y., Namkoong H., Koike R., Kimura A., Imoto S., Miyano S., Kanai T., Fukunaga K., Uemura M., Morita T., Kato Y., Hirata H., Takeda Y., Doki Y., Eguchi H., Okuzaki D., Sakakibara S., Ogawa S., Kumanogoh A., Okada Y.
Disease area | Application area | Sample type | Products |
---|---|---|---|
Immunological & Inflammatory Diseases | Pathophysiology | Plasma | Olink Explore 3072/384 |
Abstract
Current molecular quantitative trait locus catalogs are mostly at bulk resolution and centered on Europeans. Here, we constructed an immune cell atlas with single-cell transcriptomics of >1.5 million peripheral blood mononuclear cells, host genetics, plasma proteomics and gut metagenomics from 235 Japanese persons, including patients with coronavirus disease 2019 (COVID-19) and healthy individuals. We mapped germline genetic effects on gene expression within immune cell types and across cell states. We elucidated cell type- and context-specific human leukocyte antigen (HLA) and genome-wide associations with T and B cell receptor repertoires. Colocalization using dynamic genetic regulation provided better understanding of genome-wide association signals. Differential gene and protein expression analyses depicted cell type- and context-specific effects of polygenic risks. Various somatic mutations including mosaic chromosomal alterations, loss of Y chromosome and mitochondrial DNA (mtDNA) heteroplasmy were projected into single-cell resolution. We identified immune features specific to somatically mutated cells. Overall, immune cells are dynamically regulated in a cell state-dependent manner characterized with multiomic profiles.