Пространственная биология

Пространственная биология — это изучение биомолекул и клеток в их родном трехмерном контексте. Пространственная биология охватывает различные уровни клеточного разрешения, включая (1) субклеточную локализацию ДНК , РНК и белков , (2) разрешение отдельных клеток и коммуникации in situ , такие как взаимодействия клеток и клеточная сигнализация , (3) клеточные соседства, регионы или микроокружение , и (4) тканевую архитектуру и организацию в органах . Нарушение регуляции тканевой организации является общей чертой прогрессирования заболеваний человека, включая опухолеобразование и нейродегенерацию . Многие области биологии изучаются на предмет их индивидуального вклада в пространственную биологию.

Пространственная транскриптомика

Пространственная транскриптомика измеряет распространенность транскрипта мРНК и распределение in situ по ткани. ^[1] Пространственный метод обнаружения РНК in situ впервые описан в эпохальной статье 1969 года ^[2] Джозефом Г. Галлом и Мэри-Лу Пардью . До появления методов пространственной транскриптомики профилирование всего транскриптома не имело пространственного контекста, поскольку ткани измельчались в объемном РНК-секвенировании или диссоциировались в суспензии отдельных клеток в РНК-секвенировании отдельных клеток . Хотя в некоторой литературе упоминается «пространственная геномика» для РНК ^[3] , все большее согласие приходит к использованию термина «пространственная транскриптомика» или «пространственно разрешенная транскриптомика». ^[4]

Пространственная протеомика

Пространственная протеомика измеряет локализацию и распространенность белков на субклеточном уровне в ткани. ^[5] Пространственные протеомные методы, основанные на иммуногистохимии , включают олиго-штрихкодированные антитела, циклическую иммунофлуоресценцию (cycIF), совместное обнаружение с помощью индексации (CODEX), итеративное отбеливание с расширением множественности (IBEX), мультиплексную визуализацию ионного пучка (MIBI) и массовую цитометрию изображений (IMC) ^[6] . Другие методы включают глубокую визуальную протеомику, которая профилирует экспрессию белков в отдельных клетках с помощью лазерной захватной микродиссекции и масс-спектроскопии . Термин «пространственная медицина» недавно был придуман Эриком Тополем для обозначения исследования, в котором глубокая визуальная протеомика использовалась для поиска терапевтического лечения пациентов с редким заболеванием кожи. ^[7]

Пространственная геномика

Пространственная геномика локализует нативную трехмерную архитектуру генома в ядре ^[8] . Ядерная организация хромосом и то, как хромосомы расположены и свернуты, имеет значение для регуляции генов , транскрипции , репликации ДНК , восстановления повреждений ДНК и деления клеток .

Пространственная омика против пространственной биологии

Пространственная омика относится к набору высокопроизводительных методов молекулярного профилирования, которые измеряют и пространственно отображают распределение транскриптома, протеома или других биомолекул в ткани. Пространственная биология — более общий термин, охватывающий науку и методы, но часто пространственная биология и пространственная омика используются как взаимозаменяемые.

Ссылки

^ Йена, Сиддхартха Г.; Верма, Арчит; Энгельхардт, Барбара Э. (4 сентября 2024 г.). «Ответы на открытые вопросы в биологии с использованием пространственной геномики и структурированных методов». BMC Bioinformatics . 25 (1): 291. doi : 10.1186/s12859-024-05912-5 . PMC 11375982. PMID 39232666 .
^ Gall, Joseph G.; Pardue, Mary Lou (июнь 1969). «Формирование и обнаружение гибридных молекул РНК-ДНК в цитологических препаратах*». Труды Национальной академии наук . 63 (2): 378– 383. Bibcode : 1969PNAS...63..378G. doi : 10.1073/pnas.63.2.378 . PMC 223575. PMID 4895535.
^ Йена, Сиддхартха Г.; Верма, Арчит; Энгельхардт, Барбара Э. (2024-09-04). «Ответы на открытые вопросы в биологии с использованием пространственной геномики и структурированных методов». BMC Bioinformatics . 25 (1). doi : 10.1186/s12859-024-05912-5 . ISSN 1471-2105. PMC 11375982. PMID 39232666 .
^ Маркс, Вивьен (январь 2021 г.). «Метод года: пространственно разрешенная транскриптомика». Nature Methods . 18 (1): 9– 14. doi :10.1038/s41592-020-01033-y. ISSN 1548-7105.
^ Лундберг, Эмма; Борнер, Георг ХХ (май 2019). «Пространственная протеомика: мощный инструмент для открытий в клеточной биологии». Nature Reviews Molecular Cell Biology . 20 (5): 285– 302. doi :10.1038/s41580-018-0094-y. PMID 30659282.
^ «Метод года 2024: пространственная протеомика». Nature Methods . 21 (12): 2195– 2196. Декабрь 2024. doi : 10.1038/s41592-024-02565-3 . ISSN 1548-7105.
^ Тополь, Эрик (2024-10-26). «Рассвет пространственной медицины». Ground Truths . Получено 2025-01-04 .
^ Кемпфер, Рике; Помбо, Ана (апрель 2020 г.). «Методы картирования 3D-архитектуры хромосом». Nature Reviews Genetics . 21 (4): 207– 226. doi :10.1038/s41576-019-0195-2. ISSN 1471-0064.

[1] Йена, Сиддхартха Г.; Верма, Арчит; Энгельхардт, Барбара Э. (4 сентября 2024 г.). «Ответы на открытые вопросы в биологии с использованием пространственной геномики и структурированных методов». BMC Bioinformatics . 25 (1): 291. doi : 10.1186/s12859-024-05912-5 . PMC 11375982. PMID 39232666 .

[2] Gall, Joseph G.; Pardue, Mary Lou (июнь 1969). «Формирование и обнаружение гибридных молекул РНК-ДНК в цитологических препаратах*». Труды Национальной академии наук . 63 (2): 378– 383. Bibcode : 1969PNAS...63..378G. doi : 10.1073/pnas.63.2.378 . PMC 223575. PMID 4895535.

[3] Йена, Сиддхартха Г.; Верма, Арчит; Энгельхардт, Барбара Э. (2024-09-04). «Ответы на открытые вопросы в биологии с использованием пространственной геномики и структурированных методов». BMC Bioinformatics . 25 (1). doi : 10.1186/s12859-024-05912-5 . ISSN 1471-2105. PMC 11375982. PMID 39232666 .

[4] Маркс, Вивьен (январь 2021 г.). «Метод года: пространственно разрешенная транскриптомика». Nature Methods . 18 (1): 9– 14. doi :10.1038/s41592-020-01033-y. ISSN 1548-7105.

[5] Лундберг, Эмма; Борнер, Георг ХХ (май 2019). «Пространственная протеомика: мощный инструмент для открытий в клеточной биологии». Nature Reviews Molecular Cell Biology . 20 (5): 285– 302. doi :10.1038/s41580-018-0094-y. PMID 30659282.

[6] «Метод года 2024: пространственная протеомика». Nature Methods . 21 (12): 2195– 2196. Декабрь 2024. doi : 10.1038/s41592-024-02565-3 . ISSN 1548-7105.

[7] Тополь, Эрик (2024-10-26). «Рассвет пространственной медицины». Ground Truths . Получено 2025-01-04 .

[8] Кемпфер, Рике; Помбо, Ана (апрель 2020 г.). «Методы картирования 3D-архитектуры хромосом». Nature Reviews Genetics . 21 (4): 207– 226. doi :10.1038/s41576-019-0195-2. ISSN 1471-0064.