Атлас клеток легких плода человека выявил 144 клеточных состояния

Развивающееся человеческое легкое было картировано с беспрецедентной детализацией. Исследование выявило 144 клеточных состояния на ранних стадиях жизни и обнаружило новые связи между клетками развития и раком легких.

В рамках инициативы Human Cell Atlas по картированию каждого типа клеток в организме человека исследователи из Wellcome Sanger Institute, EMBL's European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), Gurdon Institute при Кембриджском университете и их коллеги изучили, какие гены активны на разных стадиях развития легких, по одной клетке за раз.

Они объединили эти данные с пространственными технологиями, определяющими точное местоположение клеток, чтобы создать Атлас клеток развивающегося легкого, показывающий, как формируется дыхательная система.

Атлас, опубликованный в Cell, представляет собой уникальный и свободно доступный ресурс, который описывает не только отдельные клетки, создаваемые в процессе формирования легких, но и то, как эти процессы контролируются генами.

Этот детальный атлас служит руководством по здоровому развитию легких и может использоваться как базовый уровень для изучения происхождения легочных заболеваний. Он также может быть использован для создания новых моделей изучения патологий легких и тестирования потенциальных методов лечения.

Многие заболевания берут начало в процессе развития. В то время как картирование отдельных клеток взрослых органов в здоровом и болезненном состоянии раскрывает новую информацию о легких, формирование человеческого легкого в ранний период жизни все еще остается малоизученным.

Первые недели развития чрезвычайно динамичны: типы клеток быстро появляются и исчезают по мере перехода процессов органогенеза между стадиями. Для понимания развития легких необходим атлас всех типов легочных клеток, включая транзиторные, на разных стадиях развития.

Для создания этого атласа исследователи объединили секвенирование отдельных клеток ранней стадии с пространственными технологиями, чтобы получить глубокий набор данных о развитии легких. Этот открытый ресурс описывает, какие типы клеток присутствуют в архитектуре развивающегося легкого и как они регулируются.

Команда идентифицировала 144 типа клеток, включая промежуточные и переходные типы, в том числе подтип, который может быть связан с развитием мелкоклеточного рака легкого у человека в более позднем возрасте.

Команда использовала атлас для прогнозирования того, как развиваются клетки легких, особенно какие гены являются ключевыми игроками, управляющими этим процессом. Затем они использовали органоидные модели для проверки возникающих гипотез, продемонстрировав, что атлас можно использовать для точного предсказания стадий и клеток, вовлеченных в развитие ткани.

Отдельное исследование использует этот набор данных для изучения неонатальных заболеваний легких с целью выявления причинных механизмов и разработки новых органоидных моделей для дальнейших исследований.

Д-р Пэн Хэ, соавтор исследования: «Наш высокоразрешающий вычислительный анализ выявил ранее не описанные и редкие популяции в развивающемся человеческом легком. В этих новых популяциях мы обнаружили одну, которая связана с малоизученным типом мелкоклеточного рака легкого у взрослых. Хотя для понимания этой связи необходимы дальнейшие исследования, это показывает важные идеи о механизмах, общих для развития и болезни, которые можно найти с помощью нашего уникального клеточного атласа».

Д-р Керстин Мейер, соавтор исследования: «Наше передовое исследование отдельных клеток предоставляет всеобъемлющий и исключительно качественный набор данных о развивающемся человеческом легком. Документируя клетки, которые мимолетны и не встречаются в легких взрослых, он позволяет нам увидеть дифференцировку клеток с детализацией, которая ранее была невозможна».

Д-р Сара Тайхманн, соавтор исследования и соучредитель Human Cell Atlas: «Полный Атлас клеток человека, детализирующий все этапы жизни, поможет объяснить многие аспекты здоровья и болезней человека. Это включает клетки, которые являются строительными блоками органов по мере их формирования в ранней жизни, и которые мы теряем во взрослом возрасте. Наш Атлас клеток развивающегося легкого позволяет нам взглянуть на стадии и пути, которые прошли взрослые клетки легких, и на то, как эти ранние фазы влияют на болезнь в дальнейшем».