Células individuales combinadas con transcriptómica espacial para estudiar las interacciones entre células

Las células de organismos multicelulares a menudo interactúan entre sí a través de citocinas y proteínas de membrana para regular las actividades vitales y garantizar el funcionamiento eficiente y ordenado de los organismos vivos. Una forma en que las células interactúan es a través del contacto directo, donde las células que interactúan son espacialmente adyacentes entre sí. Otra forma es que las células se comuniquen entre sí a través de moléculas de señalización como los ligandos receptores. Una sola célula combinada con datos de transcriptoma espacial puede proporcionar simultáneamente información de expresión genética de resolución unicelular e información de ubicación espacial de la célula. Por lo tanto, los estudios de interacción celular basados ​​en datos combinados pueden revelar interacciones celulares más claras a nivel histológico y descubrir mecanismos subyacentes de desarrollo y enfermedad.

Examina las células con proximidad espacial a través de datos del transcriptoma espacial y luego realiza un análisis de interacción receptor-ligando basado en los datos unicelulares de las células analizadas, extrayendo así comunicaciones intercelulares clave y revelando posibles interacciones entre las células. .

1. Revelar las interacciones entre las células en desarrollo

En la investigación del desarrollo, podemos elegir diferentes puntos temporales del desarrollo o diferentes subgrupos para estudiar el efecto de las interacciones entre varias células. En 2022, un artículo en la edición previa de bioRxiv combinó datos transcriptómicos espaciales y unicelulares para crear un mapa espaciotemporal del páncreas en desarrollo humano. Este estudio encontró que a las 15 semanas de gestación, las células de Schwann y las células progenitoras endocrinas están espacialmente muy adyacentes. El análisis del ligando del receptor de datos unicelulares encontró que las células de Schwann interactúan con las células progenitoras endocrinas, en las que la interacción L1CAM-EPHB2 promueve la maduración de las células beta y se ubica en la unión de las células de Schwann y las células progenitoras endocrinas. En la semana 20 de gestación, las células de Schwann ya no están localizadas espacialmente con progenitores endocrinos u otras células endocrinas, lo que sugiere que las interacciones entre las células de Schwann y los progenitores endocrinos están involucradas en el desarrollo pancreático temprano.

2. Explorar los potenciales mecanismos inmunológicos de los tumores.

En el estudio de los mecanismos de inmunidad tumoral, se pueden descubrir tipos de células que interactúan con las células inmunes a través de interacciones celulares, y se pueden analizar más a fondo sus mecanismos de acción en la inmunidad tumoral. En 2021, un artículo publicado en Nature Genetics combinó datos de transcriptomas unicelulares y espaciales para dibujar un mapa detallado del cáncer de mama. Este estudio encontró que los fibroblastos inflamatorios asociados a tumores (iCAF) se localizan en múltiples poblaciones de linfocitos, incluidas las células B de memoria/vírgenes y las células T CD4+/CD8+. Localización de fibroblastos asociados a miofibroma y células T CD8+. El análisis de ligandos de receptores de datos unicelulares investigó más a fondo la interacción de los fibroblastos asociados a tumores con los linfocitos y encontró un enriquecimiento de ligandos de iCAF y receptores de células T, incluidas quimiocinas (CXCL14-CXCR4, etc.), vías del complemento, factor de crecimiento transformante e inhibidor de linfocitos. moléculas activadoras (LTB-CD40, etc.), que sugieren el mecanismo inmunológico de los fibroblastos asociados a tumores y las células inmunes en el cáncer de mama.

Además, al analizar los ligandos de los receptores del transcriptoma unicelular, se pueden extraer tipos de células con posibles interacciones entre células y luego los tipos de células correspondientes se pueden posicionar espacialmente en función de los datos espaciales del transcriptoma para Verifique más las interacciones célula-célula.

1. Explorar la interacción entre las células madre embrionarias y el microambiente.

En el estudio del desarrollo embrionario podemos explorar las interacciones entre tipos celulares relacionados con el desarrollo y analizar los mecanismos del desarrollo embrionario a través de interacciones celulares. En 2021, un artículo publicado en Cell Research combinó datos del transcriptoma espacial y unicelular para estudiar la función de expansión de las HSC/MPP del hígado fetal de ratón (células madre hematopoyéticas y células progenitoras multipotentes). Este estudio encontró a través del análisis de ligandos del receptor de datos unicelulares que los pares receptor-ligando relacionados con el desarrollo de HSC/MPP se enriquecen entre las HSC y los macrófagos durante el desarrollo embrionario. Como la correlación de crecimiento celular (FLT1-VEGFB, etc.), el reconocimiento de citocinas (CCL3-IDE, etc.) y la señalización de muesca (CCL4-SLC7A1, etc.). Los datos del transcriptoma espacial verificaron además que las células HSC y los macrófagos están ubicados en. space, lo que indica que la interacción entre las células madre hematopoyéticas embrionarias y los macrófagos está implicada en el desarrollo embrionario.

Referencias

[1] Oladapo E O, Ulrich K, Shichina K, et al. Transcriptoma unicelular y paisaje espacial del páncreas humano en desarrollo. BioRxiv, 2022.

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[2]Sun Zhiwei, Gan Danan, et al. Mapa de resolución espacial unicelular del cáncer de mama humano [J China Oncology Press, 2002. Nature Genetics, 2021, 53(9):1334. - 1347.

[3] Gao, Shi Qing, Zhang Yan, et al. Identificación de unidades de amplificación de HSC/MPP de hígado fetal utilizando tecnología de transcriptómica espaciotemporal unicelular [J Cell Research, 2022, 32(1). :38-53.