Атлас клеток молочной железы человека: новый взгляд на ее биологию

Создавшие крупнейший и наиболее полный в мире атлас нормальной ткани молочной железы исследователи считают, что он может предложить уникальный путь понимания ее биологии и помочь выявить лечебные мишени при таких заболеваниях, как рак молочной железы . Работа придает новое измерение изучению сложности человеческого тела и предоставляет важные сведения, способные помочь в лечении разных болезней молочной железы, прежде всего рака.

Большой проект

В человеческом теле около 200 разных типов клеток, из которых 12 присутствуют в нормальной ткани молочной железы. Прежние работы сосредоточивались на эпителиальных клетках, способных дать начало раку. Неэпителиальные типы не были глубоко изучены геномными методами. Пространственное картирование позволяет создавать карту клеток внутри тканей.

Старший исследователь MD Anderson Cancer Center в Техасе Nicholas Navin говорит: «Мы рады завершению этого большого проекта», — и добавляет: «Используя разные технологии, мы смогли очень подробно описать все типы и состояния клеток в основных областях молочной железы. Мы считаем, что инструмент будет полезен всем, кто изучает рак молочной железы и другие болезни, например мастит, а также развитие молочной железы и недостаточность лактации.»

28 июня 2023 года в Nature были опубликованы результаты этого примечательного проекта, являющегося частью глобального консорциума «Атлас клеток человека», создающего клеточные эталонные карты каждой системы органов человеческого тела.

Методология и результаты

Исследователи собрали и изучили 220 образцов ткани молочной железы женщин после уменьшения груди или мастэктомии — удаления молочной железы. Среди женщин 46% были белыми, 41% — чернокожими, 7% — испанского происхождения, а этническая принадлежность 6% была неизвестна.

Атлас клеток молочной железы человека создавали, профилируя у 126 участниц в общей сложности 714 тысяч клеток методами одноклеточной и пространственной геномики.

Схема рабочего процесса исследования: обзор и рабочий процесс проекта атласа ткани молочной железы человека: сбор образцов из разных источников, затем секвенирование РНК отдельных клеток и отдельных ядер (10x Genomics), а также пространственный анализ с помощью CODEX (Akoya Biosciences), пространственной транскриптомики (Visium 10x Genomics) и smFISH (Resolve Biosciences и Vizgen Merscope). 

Исследователи подробно классифицировали 12 основных кластеров клеточных типов: три типа эпителиальных клеток, лимфатические и сосудистые клетки, T-клетки, B-клетки, миелоидные клетки, адипоциты, тучные клетки, фибробласты и периваскулярные клетки.

Ниже показаны анатомия молочной железы взрослого человека и гистологическое исследование H&E, демонстрирующее основные типы клеток ткани. 

Также выявлено 58 биологических состояний клеток, включая различия в зависимости от этнической принадлежности, возраста, индекса массы тела (ИМТ), ожирения, менопаузы, беременности и числа родов у здоровых женщин.

Пространственное картирование позволило изучить РНК- и белковый состав образцов и понять, где и как располагаются разные типы клеток. Методы раскрыли состав известных клеточных типов и новых состояний в четырех основных областях молочной железы: вырабатывающих молоко дольках, проводящих молоко протоках, соединительной ткани из фибробластов и преимущественно жировых областях.

Иммунных клеток больше, чем ожидалось

Исследователи ожидали небольшого количества иммунных клеток в нормальной ткани. Но оказалось, что 16,7% всех клеток нормальной молочной железы — иммунные, например миелоидные клетки, естественные киллерные T-клетки и B-клетки. Они преимущественно располагались вокруг протоков и долек в трех из четырех крупных тканевых областей.

Также обнаружена неожиданно высокая доля периваскулярных клеток — перицитов и гладкомышечных клеток сосудов (7,4%).

Ниже показаны подтипы разных клеток ткани молочной железы человека: дендрограмма, созданная с помощью BioRender.

Далее исследователи выявили значительные различия состава ткани и состояний клеток в зависимости от этнической принадлежности, возраста и менопаузы. Например, чернокожие женщины непропорционально часто страдают такими агрессивными подтипами, как тройной негативный рак молочной железы и воспалительный рак молочной железы, но о причинах этих различий известно мало.

В ткани женщин старше 50 лет выявлены значительные отличия от более молодых. Также найдены различия состояний клеток в зависимости от менопаузы. Ожирение, ИМТ, беременность и плотность молочной железы были связаны с меньшими различиями клеточных типов и состояний.

Результаты

Исследователи подчеркивают необходимость дальнейших работ для понимания функциональной роли многих состояний клеток и других факторов, способных существенно продвинуть знания о биологии и болезнях молочной железы. Например, изучение разных иммунных клеток может помочь создавать более эффективные иммунотерапевтические подходы для некоторых подтипов рака молочной железы и определить роль иммунных клеток в прогрессировании болезни.

Проект атласа клеток молочной железы человека продолжается и активно набирает участниц для совершенствования и расширения наборов данных. Данные доступны свободно по адресу navinlabcode.github.io .