Une nouvelle méthode localise avec précision l’activité des gènes et des protéines dans les tissus

La méthode, décrite le 2 janvier dans un article du Biotechnologie naturelle, enregistre les modèles d’activité des gènes et la présence de protéines clés dans les cellules à travers des échantillons de tissus, tout en conservant des informations sur les emplacements précis des cellules. Cela permet la création de « cartes » complexes et riches en données d’organes, y compris d’organes malades et de tumeurs, qui pourraient être très utiles dans la recherche fondamentale et clinique.

“Cette technologie est passionnante car elle nous permet de cartographier l’organisation spatiale des tissus, y compris les types de cellules, les activités cellulaires et les interactions cellule-cellule, comme jamais auparavant”, a déclaré le co-auteur principal de l’étude, le Dr Dan Landau, professeur agrégé. de médecine dans la Division d’hématologie et d’oncologie médicale et membre du Sandra and Edward Meyer Cancer Center à Weill Cornell Medicine et membre du corps professoral principal du New York Genome Center.

L’autre co-auteur principal était le Dr Marlon Stoeckius de 10x Genomics, une société de biotechnologie basée en Californie qui fabrique des équipements de laboratoire pour le profilage des cellules dans des échantillons de tissus. Les trois co-premiers auteurs étaient le Dr Nir Ben-Chetrit, Xiang Niu et Ariel Swett, respectivement chercheur postdoctoral, étudiant diplômé et technicien de recherche au laboratoire Landau pendant l’étude.

La nouvelle méthode fait partie d’un vaste effort des scientifiques et des ingénieurs pour développer de meilleures façons de “voir” à micro-échelle comment fonctionnent les organes et les tissus. Ces dernières années, les chercheurs ont fait de grands progrès, en particulier dans les techniques de profilage de l’activité des gènes et d’autres couches d’informations dans des cellules individuelles ou de petits groupes de cellules. Cependant, ces techniques nécessitent généralement la dissolution des tissus et la séparation des cellules de leurs voisines, de sorte que les informations sur les emplacements d’origine des cellules profilées dans les tissus sont perdues. La nouvelle méthode capture également ces informations spatiales et à haute résolution.

La méthode, appelée Spatial PrOtein and Transcriptome Sequencing (SPOTS), est basée en partie sur la technologie 10x Genomics existante. Il utilise des lames de verre qui conviennent à l’imagerie d’échantillons de tissus avec des méthodes de pathologie au microscope ordinaires, mais qui sont également recouvertes de milliers de molécules de sonde spéciales. Chacune des molécules sondes contient un “code-barres” moléculaire indiquant sa position bidimensionnelle sur la lame. Lorsqu’un échantillon de tissu finement tranché est placé sur la lame et que ses cellules sont rendues perméables, les molécules de sonde sur la lame attrapent les ARN messagers (ARNm) des cellules adjacentes, qui sont essentiellement les transcrits des gènes actifs. La méthode comprend l’utilisation d’anticorps de créateurs qui se lient aux protéines d’intérêt dans le tissu – et se lient également aux molécules de sonde spéciales. Grâce à des techniques rapides et automatisées, les chercheurs peuvent identifier les ARNm capturés et les protéines sélectionnées, et les cartographier précisément à leurs emplacements d’origine dans l’échantillon de tissu. Les cartes résultantes peuvent être considérées seules ou comparées à l’imagerie pathologique standard de l’échantillon.

L’équipe a démontré SPOTS sur des tissus provenant d’une rate de souris normale, révélant l’architecture fonctionnelle complexe de cet organe, y compris des grappes de différents types de cellules, leurs états fonctionnels et la façon dont ces états variaient en fonction de l’emplacement des cellules.

Soulignant le potentiel de SPOTS dans la recherche sur le cancer, les chercheurs l’ont également utilisé pour cartographier l’organisation cellulaire d’une tumeur mammaire de souris. La carte résultante dépeint des cellules immunitaires appelées macrophages dans deux états distincts, indiqués par des marqueurs protéiques – un état actif et combattant la tumeur, l’autre immunosuppresseur et formant une barrière pour protéger la tumeur.

“Nous avons pu voir que ces deux sous-ensembles de macrophages se trouvent dans différentes zones de la tumeur et interagissent avec différentes cellules – et cette différence de microenvironnement est probablement à l’origine de leurs états d’activité distincts”, a déclaré le Dr Landau, qui est également oncologue à New York. -Centre médical presbytérien/Weill Cornell.

De tels détails de l’environnement immunitaire de la tumeur – des détails qui ne peuvent souvent pas être résolus en raison de la rareté des cellules immunitaires dans les tumeurs – pourraient aider à expliquer pourquoi certains patients répondent au traitement immunostimulant et d’autres non, et pourraient donc informer le conception de futures immunothérapies, a-t-il ajouté.

Cette version initiale de SPOTS a une résolution spatiale telle que chaque “pixel” de l’ensemble de données résultant additionne les informations sur l’activité des gènes pour au moins plusieurs cellules. Cependant, les chercheurs espèrent bientôt réduire cette résolution à des cellules individuelles, tout en ajoutant d’autres couches d’informations cellulaires clés, a déclaré le Dr Landau.

De nombreux médecins et scientifiques de Weill Cornell Medicine entretiennent des relations et collaborent avec des organisations externes pour favoriser l’innovation scientifique et fournir des conseils d’experts. L’institution rend ces informations publiques dans un souci de transparence. Pour cette information, voir le profil de Dr Landau.