Mundo

Equipe internacional lança primeiro atlas panorâmico da vida nas células
Cientistas internacionais liderados pela BGI-Research da China publicaram hoje atlas espaciais panorâmicos da vida, examinando a dinâmica celular de organismos em diferentes estágios de desenvolvimento e fornecendo novas informações...
Por Grupo BGI - 04/05/2022


Stereo-seq disseca a organização transcriptômica espacial do cérebro do rato em uma resolução sem precedentes. uma. Mapa de calor espacial indicando o número de transcrições capturadas por Stereo-seq em uma seção de meio cérebro de camundongo no compartimento 50. Barra de escala 500 μm. b. Agrupamento não supervisionado de um cérebro de camundongo analisado por dados Stereo-seq identifica diferentes estruturas anatômicas no compartimento 50. O quadrado preto indica uma região do neocórtex selecionada para análise a jusante. Barra de escala 500 μm. c. Visualização espacial no compartimento 50 da anotação do tipo de célula (transferido de um conjunto de dados scRNA-seq publicado (24)) para a mesma área marcada em b. Barra de escala 500 μm. Astro, Astrócitos; CR, célula de Cajal-Retzius; Endo, célula endotelial; L2/3, neurônio excitatório da camada 2/3; L4, neurônio excitatório da camada 4; L5, neurônio excitatório da camada 5; L6, neurônio excitatório da camada 6; Lâmpada 5, neurônio inibidor de Lamp5+; Microglia, célula microglia; Meis2, neurônio inibitório Meis2+; NP, neurônio de projeção próxima; Oligo, oligodendrócitos; Peri, pericito; Pvalb, neurônio inibitório Pvalb+; Serpinf1, neurônio inibitório Serpinf1+; SMC, célula do músculo liso; Sncg, neurônio inibitório Sncg+; Sst, neurônio inibitório Sst+; Vip, neurônio inibitório de Vip+; VLMC, célula leptomeníngea vascular. d. Mapa de calor de expressão espacial no compartimento 50 de genes específicos de camada nas camadas L2/3, L4, L5 e L6 do neocórtex de camundongo mostradas em c. Barra de escala 500 μm. e. Mapa de calor de expressão espacial dos genes indicados relacionados a DG-GC no giro denteado (Prox1, Zbtb20 e Rfx3) do hipocampo e ML-VLMC na camada meníngea vizinha (Ptgds, Dcn e Igf2) analisado por Stereo-seq no bin 50 Barra de escala 500 μm. O gráfico de dispersão no centro é uma ampliação da área indicada pelo quadrado preto e destaca o DNB único (500 nm) que capturou os genes indicados. Os pontos cinza são DNB que não capturou os genes marcadores representados (também em f), DNB que não capturou nenhum gene não é mostrado. Barra de escala 100 μm. f. Mapa de calor de expressão espacial dos genes indicados relacionados a oligodendrócitos (oligo) do corpo caloso (CC-oligo; Mbp e Mobp) e CA1-Ex do cornu amonis 1 adjacente (Pou3f1, Spink8 e Hpca) do hipocampo analisado por Stereo- seq na caixa 50. Barras de escala 500 e 100 μm. Crédito: Mapa de calor de expressão espacial dos genes indicados relacionados a oligodendrócitos (oligo) do corpo caloso (CC-oligo; Mbp e Mobp) e CA1-Ex do cornu amonis 1 adjacente (Pou3f1, Spink8 e Hpca) do hipocampo analisado por Stereo- seq na caixa 50. Barras de escala 500 e 100 μm. Crédito: Mapa de calor de expressão espacial dos genes indicados relacionados a oligodendrócitos (oligo) do corpo caloso (CC-oligo; Mbp e Mobp) e CA1-Ex do cornu amonis 1 adjacente (Pou3f1, Spink8 e Hpca) do hipocampo analisado por Stereo- seq na caixa 50. Barras de escala 500 e 100 μm. Crédito:Célula (2021). DOI: 10.1101/2021.01.17.427004

Cientistas internacionais liderados pela BGI-Research da China publicaram hoje atlas espaciais panorâmicos da vida, examinando a dinâmica celular de organismos em diferentes estágios de desenvolvimento e fornecendo novas informações potencialmente significativas para o tratamento, desenvolvimento e envelhecimento de doenças, bem como uma melhor compreensão da evolução biológica.

Em uma série de estudos, os membros do STOC usaram a tecnologia de transcriptômica espacialmente resolvida Stereo-seq, desenvolvida pela BGI-Research, para produzir mapas celulares espaço-temporais de camundongos, pequenas moscas da fruta (Drosophila), peixe-zebra e da planta Arabidopsis. Os artigos demonstram como o Stereo-seq alcançou um grande avanço na resolução espacial e no campo de visão panorâmico, permitindo a análise da distribuição e colocação de moléculas e células in situ e ao longo do tempo.

O artigo, "Atlas transcriptômico espacial de organogênese de camundongos usando matrizes de DNA nanoball-patterned", foi publicado na Cell . Os outros três estudos sobre Drosophila, zebrafish e Arabidopsis estão publicados na Developmental Cell . Identificar as características de células específicas dentro de um tecido tem aplicações significativas para entender quais células são causas ou indicadores de doenças, potencialmente levando a ganhos futuros na pesquisa de doenças humanas.     

"No passado, eram necessários milhares ou mesmo dezenas de milhares de experimentos para completar um mapa espaço-temporal. Agora, com o Stereo-seq desenvolvido por nossos cientistas, isso pode ser alcançado de forma rápida e abrangente com um. Este é um marco nas ciências da vida. avanço tecnológico", disse o Dr. Chen Ao, que liderou o desenvolvimento da tecnologia Stereo-seq na BGI-Research e é o primeiro autor do artigo do atlas espaço-temporal do mouse.

Mais de 80 cientistas de 16 países, incluindo cientistas da Harvard University, Oxford University, Massachusetts Institute of Technology, University of Cambridge, Karolinska Institutet, University of Western Australia, Genome Institute of Singapore e BGI, colaboraram até agora como parte do STOC, um consórcio aberto de colaboração científica focado no uso de tecnologias ômicas de resolução celular espacialmente resolvidas para mapear e entender a vida.

A tecnologia de transcriptômica espacial é uma tecnologia emergente que resolve problemas anteriores identificando características de células únicas dentro de um tecido biológico. Ele se baseia nas conquistas do sequenciamento de célula única, elevando-o ao próximo nível, permitindo que os cientistas rastreiem a localização precisa de uma célula e como ela interage com seus vizinhos. 
 
Para conseguir isso, a tecnologia de nanoball de DNA patenteada pela própria BGI, que amplifica pequenos fragmentos de DNA em amostras maiores, foi combinada com sua tecnologia de captura de RNA in situ para criar Stereo-seq (SpaTial Enhanced REsolution Omics-sequencing), capaz de alcançar um resolução de 500 nanômetros (equivalente a 0,0000005 metros) combinada com um campo de visão panorâmico em nível de centímetros.

"O desenvolvimento da abordagem analítica de célula única nos últimos vinte anos realmente fez uma diferença notável em nossa capacidade de entender como as células diferem umas das outras. Mais recentemente, começou a ser possível combinar essa análise com a localização das células em um tecido. ou seção de tecido organoide", disse Patrick Maxwell, Professor Regius de Física e Chefe da Escola de Medicina Clínica de Cambridge, e coautor do artigo do atlas espaço-temporal do mouse. "Na minha opinião, este novo artigo leva isso a um novo nível, combinando um campo de visão de tamanho substancial, tornando possível analisar um tecido na escala de um embrião de camundongo em desenvolvimento, juntamente com uma resolução muito alta com uma transcrição muito profunda profundidade de leitura."

“Isso permite que nós e os usuários desses dados, que estarão disponíveis gratuitamente, realmente comecemos a entender algumas questões muito fascinantes sobre como funciona o desenvolvimento dos mamíferos e como os tecidos são organizados. , e também doenças", acrescentou.

Se compararmos o estudo das células com o estudo do ecossistema, as tecnologias anteriores permitiram aos cientistas entender quais animais ou plantas estão na Terra. Com o Stereo-seq, os cientistas podem entender a qual país, qual área, qual habitat, qual comunidade todos os animais ou plantas pertencem. Ao mesmo tempo, os cientistas também podem entender o que cada animal está fazendo, seu passado, história familiar, interação com outros rebanhos e como eles podem proliferar e se desenvolver.

Os cientistas usaram Stereo-seq para examinar o desenvolvimento embrionário inicial de camundongos, em particular de 9,5 a 16,5 dias, durante os quais o desenvolvimento embrionário está ocorrendo em ritmo acelerado. Stereo-seq gerou o Mouse Organogenesis Spatiotemporal Transcriptomic Atlas (MOSTA), que mapeia com resolução de célula única e alta sensibilidade a cinética e direcionalidade da variação transcricional durante a organogênese do camundongo.

"Stereo-seq é um avanço transformacional na tecnologia de transcriptômica espacial e é a tecnologia mais poderosa neste campo das ciências da vida hoje", disse o Dr. Liu Longqi da BGI-Research, um dos autores correspondentes dos artigos. "Agora temos uma tecnologia para mapear um atlas panorâmico de cada célula em um organismo, de acordo com seus perfis biomoleculares individuais, no espaço e ao longo do tempo. Demonstramos sua robustez e mapeamos com sucesso a fisiologia molecular animal e vegetal em escala e resolução nunca antes possível."

Captura avançada de RNA in situ de um tecido complexo por Stereo-seq. uma. Stereo-seq
atinge um número maior de pontos por 100 μm 2(painel esquerdo) e área de captura maior
(painel direito) do que outros métodos relatados. b. Acima: coloração DAPI de uma seção de
tecido do bulbo olfativo de camundongo analisada por Stereo-seq. Inferior: mapa de calor
espacial da mesma seção indicando o número de transcrições capturadas no compartimento
50 (resolução de ~ 36 μm, 50 × 50 DNB). Barras de escala 500 μm. c. Boxplots mostrando o
número de genes (painel esquerdo) e transcritos (painel direito) capturados por Stereo-seq do
bulbo olfativo do camundongo na resolução indicada em comparação com os conjuntos de
dados Slide-seqV2 e HDST relatados. Os dados do cérebro do rato para o Visium foram
retirados do site 10x Genomics. d. Boxplots mostrando o número de genes (painel esquerdo)
e transcritos (painel direito) capturados por Stereo-seq no bin 3 (~2 μm de resolução, 3 × 3
DNB) resolução no bulbo olfativo do rato em comparação com HDST. e. Agrupamento não
supervisionado de uma seção de bulbo olfativo de camundongo analisada por Stereo-seq no
compartimento 50. Barra de escala 500 μm. f. Esquerda: mapa de calor de expressão espacial
do marcador de células granulares (Pcp4) e o marcador de células mitral e em tufos (Slc17a7)
em uma seção de bulbo olfativo de camundongo analisada por Stereo-seq no bin 50. Direita:
resultados ISH correspondentes para esses genes retirados de ABA ( 22). Barra de escala
500 μm. Crédito: Célula (2021). DOI: 10.1101/2021.01.17.427004

Pela primeira vez, os cientistas foram capazes de produzir uma série de mapas de alta definição mostrando a localização precisa das cerca de 300.000 células do embrião do dia 16,5. A BGI-Research usou essas informações para produzir um atlas panorâmico do camundongo e obter informações sobre a base molecular da variação e diferenciação celular nos tecidos em desenvolvimento do cérebro, incluindo o mesencéfalo dorsal. 

"A aplicação bem-sucedida de nossa tecnologia Stereo-seq para o desenvolvimento tem implicações significativas para o futuro da pesquisa genômica em doenças humanas", disse o coautor correspondente Dr. Xu Xun, diretor de BGI-Research. “Demonstrar que essa tecnologia pode identificar certas células que indicam doenças futuras será fundamental para diagnósticos e terapias para várias condições”.

Por exemplo, a síndrome de Robinow é um defeito de nascença comum. Um gene relacionado a isso foi encontrado clinicamente, mas como esse gene causa defeitos, incluindo lábio leporino e fenda palatina e encurtamento de membros, é desconhecido. Os pesquisadores mapearam o gene relacionado ao lábio leporino e ao palato no processo de desenvolvimento embrionário do camundongo e descobriram que o gene estava presente nos lábios e dedos dos pés do camundongo e apresentava alta expressão. Isso demonstrou que o gene é muito importante no desenvolvimento de lábios e dedos dos pés em camundongos. Se este gene sofrer uma mutação, o desenvolvimento dos lábios e dedos dos pés será anormal. Esse conhecimento potencialmente ajudará os pesquisadores que estudam os defeitos congênitos da síndrome de Robinow em humanos.

A equipe liderada pelo BGI realizou pesquisas embrionárias semelhantes com o peixe-zebra, que tem um período de gestação de apenas 24 horas, e também produziu um modelo 3-D do mapa celular da pequena mosca da fruta Drosophila. O atlas transcriptômico espaço-temporal do desenvolvimento embrionário em Drosophila, peixe-zebra e camundongo abriu novas portas para o estudo de padrões embrionários e mecanismos moleculares relacionados durante o desenvolvimento embrionário , fornecendo importantes referências de dados para trabalhos futuros, bem como uma referência para desvendar a evolução embrionária.

Ao aplicar a pesquisa Stereo-seq nas células da folhada planta Arabidopsis, os pesquisadores foram capazes de superar a dificuldade de longo prazo para os pesquisadores realizarem estudos ômicos de célula única espacialmente resolvidos em folhas e outros tecidos vegetais. A BGI-Research conseguiu demonstrar que a tecnologia Stereo-seq pode ser aplicada na pesquisa científica de plantas e na pesquisa de melhoramento de culturas. Algumas aplicações-chave incluem a compreensão dos principais genes envolvidos no desenvolvimento de sementes, mecanismos por trás da resistência à seca, mecanismos por trás da resistência ao calor e mecanismos por trás da tolerância ao sal, para culturas básicas de arroz a trigo e milho. Isso poderia contribuir para o cultivo de variedades de culturas resistentes ao estresse de alta qualidade, importantes para muitas iniciativas globais de sustentabilidade.

 

.
.

Leia mais a seguir