Aunque el número total de células del cuerpo humano se desconoce, se estima que cada persona adulta tiene alrededor de 37 billones de células (sin contar las células de los millones de microorganismos que componen el microbioma). Todas las células de una persona derivan de una misma célula, el zigoto, y en esencia, comparten el contenido de su genoma. Sin embargo, no todas lo expresan igual. De los aproximadamente 20 000 genes codificantes del genoma, cada tipo celular mantiene activos un conjunto diferente, según sus necesidades y características.
Identificar los diferentes tipos de células y entender cómo interaccionan entre sí es uno de los grandes retos de la biomedicina debido a su importante conexión con la salud y enfermedad humanas. También es el objetivo del consorcio internacional Atlas de las Células Humanas, creado hace seis años, que pretende transformar la forma de entender la biología humana, así como proporcionar nuevas formas de diagnosticar, tratar y monitorizar las enfermedades.
Cuatro trabajos, publicados la semana pasada en Science, recogen los últimos resultados del consorcio Atlas de las Células Humanas, que van más allá del universo conocido de la expresión en tejidos u órganos y ofrecen los mapas celulares del cuerpo humano más detallados hasta la fecha, con información recogida célula a célula. Los investigadores han analizado más de un millón de células individuales y han generado un atlas de expresión de 500 tipos celulares, localizados en más de 30 tejidos diferentes.
“El Atlas de las Células Humanas está transformando nuestra comprensión de la biología y la enfermedad”, ha señalado Sten Linnarsson, investigadore del Instituto Karolinska de Suecia, y miembro del Comité Organizador del consorcio. “Estos estudios a través de tejidos representan un hito para el Atlas de las Células Humanas y la biología de células individuales a través de permitir la comparación sistemágica y profunda de los mismos tipos de células a través del desarrollo y la edad adulta. Son un paso enorme hacia generar un Atlas de Células Humanas de todos los tipos celulares del cuerpo humano, sentando la fundación de una nueva era de diagnóstico, sanidad y medicina de precisión”.
Para la elaboración de los mapas celulares ha sido fundamental el desarrollo de herramientas, cada vez más sofisticadas, que permiten analizar la expresión génica de las células individuales y conocer su localización en un tejido determinado, aspectos esenciales para otorgarles una identidad.
Capturar la variabilidad celular del sistema inmunitario en el cuerpo humano
La diversidad del ejercito celular que integra el sistema inmunitario y se encuentra distribuido por todo el organismo es conocida desde hace tiempo. No obstante, hasta el momento, la mayor parte de los estudios e información disponible procedía de las células inmunitarias circulantes en la sangre periférica y se desconocía en gran medida las características de las células inmunitarias presentes en otros tejidos y órganos.
Dos de los estudios del consorcio Atlas de las Células Humanas, dirigidos por equipos de la Universidad de Cambridge y el Instituto Wellcome Sanger, abordan el análisis de la diversidad del sistema inmunitario y proporcionan una visión mucho más profunda de la que se disponía hasta el momento, que incluye características específicas de las células inmunitarias en diferentes tejidos, adultos o en desarrollo.
En uno de estos estudios los investigadores analizaron más de 300 000 células inmunitarias a partir de diferentes tejidos de 12 donantes fallecidos y utilizaron una herramienta de aprendizaje desarrollada por ellos para identificar poblaciones y tipos celulares. Los investigadores detectaron 101 tipos celulares (o estados de tipos celulares) así como adaptaciones específicas de algunos de estos tipos en diferentes órganos y contextos, especialmente en el caso de los macrófagos
“Comparando células inmunitarias particulares en múltiples tejidos de los mismos donantes identificamos distintos tipos de linfocitos T de memoria en diferentes áreas del cuerpo, lo que podría tener grandes implicaciones en el manejo de las infecciones”, ha señalado Sarah Teichmann, directora de Genética Celular del Instituto Wellcome Sanger y codirectora del Comité Organizador del consorcio. “Nuestros datos disponibles de forma abierta contribuirán al Atlas de las Células Humanas y podría servir como pauta de trabajo para el diseño de vacunas o para mejorar el diseño de las terapias inmunitarias dirigidas contra el cáncer”.
El segundo artículo enfocado en el sistema inmunitario aborda su distribución en los diferentes tejidos y órganos durante el desarrollo. En este caso, los investigadores han analizado las células inmunitarias presentes en diferentes tejidos prenatales humanos y han reconstruido la diversidad del sistema inmunitario durante el desarrollo en un mapa celular adicional. Uno de los datos más relevantes del trabajo es la elevada presencia de progenitores de linfocitos B en los órganos prenatales, frente a la presencia de los progenitores de linfocitos T limitada al timo. “Nuestro atlas proporciona tanto recursos de datos valiosos como conocimiento biológico que facilitarán la ingeniería celular, la medicina regenerativa y la comprensión de la enfermedad”, señalan los autores del trabajo.
Mapa de células humanas en enfermades
El tipo celular, el tejido, las condiciones externas…son algunos de los numerosos factores que pueden influir en el programa de expresión de una célula y modular el equilibro de un tejido o el desarrollo de una patología.
En el tercer artículo investigadores del Instituto Broad del Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Harvard resuelven algunas de las limitaciones existentes para secuenciar el ARN de núcleos celulares individuales de muestras de tejido congelado y archivado y caracterizan las diferentes poblaciones celulares en muestras de 8 órganos diferentes de 16 donantes. Dentro de los resultados obtenidos, los investigadores han encontrado divergencias en las poblaciones de macrófagos que se mantienen a través de diferentes tejidos, así como características específicas de los fibroblastos de cada tejido. Por ejemplo, en el caso de los fibroblastos de los pulmones los investigadores identificaron un módulo funcional relacionado con la respuesta a la distorsión de los alveolos.
Además, los investigadores cruzaron la información celular y de expresión específica de tejido con datos genéticos relacionados con enfermedades monogénicas o enfermedades complejas con el objetivo de identificar cómo influyen ciertos genes en ciertas células en el desarrollo de enfermedades. De esta forma, los investigadores identificaron algunos tipos celulares concretos qué pueden influir en diferentes patologías como enfermedades cardiacas o distrofia muscular. “Estos atlas celulares a través de tejidos pueden ayudar a los investigadores a entender las causas de comorbilidades y cómo las variantes genéticas pueden predisponer a múltiples enfermedades o condiciones en la misma persona”, ha señalado Ayelett Segrè, investigadora de la Universidad de Harvard y miembro asociado del Instituto Broad, así como una de las responsables del estudio.
Tabula Sapiens: un atlas de expresión en 24 tejidos humanos
El cuarto trabajo, dirigido por investigadores del Biohub Chan Zuckerberg, aborda cómo se genera la gran diversidad de programas de expresión que define cada tipo celular de una misma persona. En el estudio, los investigadores analizaron la expresión génica de cerca de 500 000 células vivas de muestras frescas de 24 tejidos y órganos diferentes, la mayor parte de ellos de la misma persona.
A partir de la información obtenida, los investigadores han elaborado un atlas de referencia molecular de más de 400 tipos celulares, al que denominan Tabula Sapiens. Este atlas representa por sí mismo una herramienta de gran utilidad, ya ofrece información sobre la actividad génica en diferentes tejidos del mismo origen genético y epigenético. Además, proporciona un análisis detallado del procesado alternativo del ARN mensajero en diferentes tipos celulares.
El equipo plantea Tabula Sapiens como un conjunto de datos en crecimiento, que permitirá tanto analizar los diferentes tipos celulares de un órgano o tejido como comparar las poblaciones de en diferentes tejidos.
Los datos de Tabula Sapiens, al igual que los del resto de estudios del consorcio Atlas de las Células Humanas están disponibles de forma abierta para la comunidad científica, bajo el espíritu de que contribuyan a construir conocimiento sobre los diferentes mecanismos celulares que regulan el equilibrio del cuerpo humano y el desarrollo de enfermedades.
Amparo Tolosa, Genotipia
Imagen: Los investigadores del consorcio internacional Atlas de las Células Humanas han elaborado los mapas celulares del cuerpo humano más detallados hasta la fecha. Imagen: Rubén Megía, Genotipia.
Referencias:
Domínguez Conde et al, Cross-tissue immune cell analysis reveals tissue-specific features in humans, Science. 2022. DOI: 10.1126/science.abl5197.
Chenqu Suo et al, Mapping the developing human immune system across organs, Science. 2022. DOI: 10.1126/science.abo0510.
Gökcen Eraslan et al, Single-nucleus cross-tissue molecular reference maps towards understanding disease gene function, Science. 2022. DOI: 10.1126/science.abl4290.
The Tabula Sapiens: a multiple organ single cell transcriptomic atlas of humans, Science. 2022. DOI: 10.1126/science.abl4896.
Fuentes:
Perspectiva: Liu Z y Zhang Z. Mapping cell types across human tissues. Science 2022. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq2116
Multi-tissue cell atlases lead to leap of understanding of immunity and disease. https://www.humancellatlas.org/multi-tissue-cell-atlases-lead-to-leap-of-understanding-of-immunity-and-disease/
Massive single-cell atlas across human tissues highlights cell types where disease genes are active. https://www.sciencedaily.com/releases/2022/05/220512144324.htm
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