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Millones de análisis de células individuales producen el atlas de células humanas más completo hasta la fecha
Visualizacion de diferentes tipos de celulas del cuerpo humano recopiladas en el atlas creado por el consorcio Tabula Sapiens- En Periodico
Publicado en por Lawrence Tabak, DDS, Ph.D.
Hay alrededor de 37 billones de células en nuestro cuerpo que trabajan juntas para darnos vida. Pero puede que le sorprenda que todavía no hemos puesto un buen número de cuántos tipos de células distintas hay dentro de esos trillones de células.
Es por eso que en 2016, un equipo de investigadores de todo el mundo lanzó un proyecto histórico llamado consorcio Human Cell Atlas (HCA) para identificar y definir los cientos de presuntos tipos de células distintas en nuestros cuerpos. Saber dónde reside cada tipo de célula en el cuerpo y qué genes activa o desactiva cada uno para crear su propia identidad molecular única revolucionará nuestros estudios de biología humana y medicina en todos los ámbitos.
Desde su lanzamiento, la HCA ha progresado rápidamente. De hecho, ya ha alcanzado un hito importante con la reciente publicación en la revista Science de cuatro estudios que, en conjunto, conforman los primeros borradores multitejidos del atlas de células humanas. Este borrador, basado en análisis de millones de células, define más de 500 tipos de células diferentes en más de 30 tejidos humanos. Ya se está trabajando en un segundo borrador, con una definición aún más fina.
Los avances tecnológicos recientes en la secuenciación del ARN hacen posible el HCA. La secuenciación del ARN es un tema que se menciona con frecuencia en este blog en una variedad de áreas de investigación, desde la neurociencia hasta las erupciones cutáneas . Los investigadores lo utilizan para detectar y analizar todas las moléculas de ARN mensajero (ARNm) en una muestra biológica, en este caso, células humanas individuales de una amplia gama de tejidos, órganos e individuos que donaron voluntariamente sus tejidos.
Al cuantificar estos mensajes de ARN, los investigadores pueden capturar los miles de genes que cualquier célula expresa activamente en un momento dado. Estos perfiles precisos de expresión génica se pueden utilizar para catalogar células de todo el cuerpo y comprender las importantes similitudes y diferencias entre ellas.
En uno de los estudios publicados, financiado en parte por los NIH, un equipo codirigido por Aviv Regev, copresidente fundador del consorcio en el Instituto Broad del MIT y Harvard, Cambridge, MA, estableció un marco para múltiples atlas de células humanas de tejido [1]. (Regev ahora está de licencia del Broad Institute y el MIT y recientemente se mudó a Genentech Research and Early Development, South San Francisco, CA).
Entre sus muchos avances, el equipo de Regev optimizó la secuenciación de ARN de una sola célula para su uso en núcleos celulares aislados de tejido congelado. Este avance tecnológico allanó el camino para los análisis unicelulares de la gran cantidad de muestras que se almacenan en colecciones de investigación y congeladores en todo el mundo.
Usando su nueva tubería, Regev y su equipo construyeron un atlas que incluye más de 200,000 perfiles de secuencias de ARN de una sola célula de ocho tipos de tejidos recolectados de 16 individuos. Estas muestras fueron archivadas anteriormente por el proyecto Genotype-Tissue Expression (GTEx ) de los NIH. Los datos del equipo revelaron diferencias inesperadas entre los tipos de células, pero también similitudes sorprendentes.
El atlas permitirá a los científicos hacer y responder preguntas sobre la salud y las enfermedades humanas que nunca antes habían podido abordar ABC
Por ejemplo, encontraron que los perfiles genéticos observados en las células musculares también estaban presentes en las células del tejido conectivo de los pulmones. Usando nuevos enfoques de aprendizaje automático para ayudar a dar sentido a sus datos, han vinculado las células en sus atlas con miles de enfermedades y rasgos genéticos para identificar tipos de células y perfiles genéticos que pueden contribuir a una amplia gama de condiciones humanas.
Mediante el cruce de referencias de 6000 genes previamente implicados en la causa de trastornos genéticos específicos con sus perfiles genéticos unicelulares, identificaron nuevos tipos de células que pueden desempeñar funciones inesperadas. Por ejemplo, encontraron algunas células no musculares que pueden desempeñar un papel en la distrofia muscular, un grupo de afecciones en las que los músculos se debilitan progresivamente. Se necesitará más investigación para dar sentido a estos descubrimientos fascinantes, pero vitales.
El equipo también comparó genes que son más activos en tipos de células específicos con genes con vínculos previamente identificados con condiciones más complejas. Nuevamente, sus datos los sorprendieron. Identificaron nuevos tipos de células que pueden desempeñar un papel en enfermedades como la enfermedad cardíaca y la enfermedad inflamatoria intestinal.
Dos de los otros artículos, uno de los cuales fue financiado en parte por NIH, exploraron el sistema inmunitario, especialmente las similitudes y diferencias entre las células inmunitarias que residen en tejidos específicos, como los macrófagos carroñeros [2,3] Esta es un área crítica de estudio. La mayor parte de nuestra comprensión del sistema inmunitario proviene de las células inmunitarias que circulan en el torrente sanguíneo, no de estos macrófagos residentes y otras células inmunitarias.
Estos atlas de células inmunitarias, que aún son los primeros borradores, ya brindan un recurso invaluable para diseñar nuevos tratamientos para reforzar las respuestas inmunitarias, como vacunas y tratamientos contra el cáncer. También pueden tener implicaciones para comprender lo que va mal en varias condiciones autoinmunes.
Los científicos han estado trabajando durante más de 150 años para caracterizar los billones de células de nuestro cuerpo. Gracias a este esfuerzo oportuno y sus avances en la descripción y catalogación de tipos de células, ahora tenemos una base mucho mejor para comprender estas unidades fundamentales del cuerpo humano.
Pero los datos más recientes son solo la punta del iceberg, con grandes flujos de información biológica de todo el cuerpo humano que seguramente se publicará en los próximos años. Y mientras los miembros del consorcio continúan haciendo historia, su arduo trabajo hasta la fecha está disponible gratuitamente para la comunidad científica para explorar preguntas biológicas críticas con implicaciones de gran alcance para la salud y las enfermedades humanas.
Referencias :
[1] Mapas moleculares de referencia de tejido cruzado de un solo núcleo para comprender la función del gen de la enfermedad . Eraslan G, Drokhlyansky E, Anand S, Fiskin E, Subramanian A, Segrè AV, Aguet F, Rozenblatt-Rosen O, Ardlie KG, Regev A, et al. Ciencia. 13 de mayo de 2022; 376 (6594): eabl4290.
[2] El análisis de células inmunitarias entre tejidos revela características específicas de tejido en humanos . Dominguez Conde C, Xu C, Jarvis LB, Rainbow DB, Farber DL, Saeb-Parsy K, Jones JL,Teichmann SA, et al. Ciencia. 13 de mayo de 2022; 376 (6594): eabl5197.
[3] Mapeo del sistema inmunitario humano en desarrollo en todos los órganos . Suo C, Dann E, Goh I, Jardine L, Marioni JC, Clatworthy MR, Haniffa M, Teichmann SA, et al. Ciencia. 2022 12 de mayo:eabo0510.
Apoyo NIH: Fondo común; Instituto Nacional del Cáncer; Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano; Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre; Instituto Nacional sobre el Abuso de Drogas; Instituto Nacional de Salud Mental; Instituto Nacional sobre el Envejecimiento; Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas; Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares; Instituto Nacional del Ojo