Development and application of spatial transcriptomics methods
Tid: Fr 2023-09-29 kl 10.00
Plats: Air&Fire, Tomtebodavägen 23, 17165, Solna
Språk: Engelska
Ämnesområde: Bioteknologi
Respondent: Zaneta Andrusivova , Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Genteknologi
Opponent: Doktor Jay W. Shin, Genome Institute of Singapore
Handledare: Professor Joakim Lundeberg, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Genteknologi
QC 2023-08-21
Abstract
Transkriptomik är ett centralt område inom molekylärbiologi som möjliggör övergripande analys av genuttrycksmönster. De senaste framstegen inom bioteknik har revolutionerat transkriptomikforskningen vilket gett nya insikter i cellulära processers komplexitet på en mer detaljerad nivå. Konventionella transkriptomikmetoder som bulk-RNA-sekvensering eller single-cell RNA-sekvensering förlitar sig dock på dissociering av vävnad och saknar därför spatial information, vilket begränsar vår förståelse av genuttrycksmönster inom vävnaden. Utvecklingen av spatialt upplöst transkriptomik har revolutionerat studerandet av transkriptom genom att möjliggöra analys av genuttrycksmönster i sin spatiala kontext. Det breda utbudet av tillgängliga transkriptomiktekniker erbjuder olika nivåer av upplösning och kapacitet, och kombinationen av flera tekniker kan vara fördelaktig för studier av biologiska system för att uppnå en djupare förståelse av deras molekylära processer. I den här avhandlingen läggs särskild vikt på Visium-teknologin för spatialt genuttryck, som har blivit mycket populär inom forskarvärlden under de senaste åren.
I Artikel I expanderar vi tillämpningen av Visium-plattformen till färskfrusna prover med lägre RNA-kvalitet eller andra utmanande egenskaper. För att uppnå detta introducerar vi specifika modifieringar till den kommersiellt tillgängliga metoden och testar dess effektivitet på olika vävnadstyper med varierande RNA-kvalitet, inklusive barnhjärntumörer, mänsklig tunntarm och musbens- och broskvävnad. Våra jämförelse analyser visar att den nya metoden överträffar standard Visium-protokollet för prover med måttlig eller lägre RNA-kvalitet.
Artikel II introducerar en ny metod som förbättrar upplösningen av Visium-metoden genom utvidgning av vävnaden. Vi applicerar detta nya protokoll på två områden i mushjärnan, specifikt luktloben och hippocampus och demonstrerar dess förmågan att studera mindre vävnadsstrukturer som tidigare låg utanför Visium-plattformens upplösningsförmåga.
I Artikel III och IV demonstrerar vi den praktiska tillämpningen av Visium-metoden och dess kombination med andra metoder inom utvecklingsbiologi. Vi visar på hur användningen av spatiala transkriptomikmetoder hjälper till att belysa den rumsliga organisationen av celltyper och celltillstånd under organogenesen i den mänskliga ryggmärgs utvecklingen (artikel III) och i lungvävnads utvecklingen (artikel IV). Genom att använda single-cell RNA-sekvensering och spatiala metoder beskrev vi de spatiala genuttrycksmönstren hos olika celltyper samt delade och unika händelser som sker under ryggmärgsutvecklingen hos människor jämfört med gnagare (artikel III). Genom att tillämpa denna multimodala metod på lungvävnad (artikel IV) karaktäriserar vi även nya celltillstånd som uppstår under lungutvecklingen och erhåller värdefulla insikter i den strukturella organisationen av utvecklade lungor. Dessa studier framhäver de resultat och iakttagelser som kan erhållas genom att kombinera spatialt upplösta transkriptomik med andra laboratorietekniker för att klargöra den spatiala dynamiken hos cellulära processer under organs utveckling.