Till innehåll på sidan

Exploring the transcriptional space

Tid: Fr 2021-02-19 kl 10.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/w/68188432057, (English)

Ämnesområde: Bioteknologi

Respondent: Joseph Bergenstråhle , Genteknologi, Science for Life Laboratory, SciLifeLab

Opponent: D.Sci Jay W. Shin, RIKEN Center for Integrative Medical Sciences, Japan

Handledare: Prof. Joakim Lundeberg, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Genteknologi

Abstract

Läran om genuttryck tros kunna ge kunskap kring celldiversitet och en ökad mekanistisk förståelse för dysregulation. Detta fält, benämnt transkriptomik, har sett exponentiell tillväxt i mån av genererad data på senare år, till stor del drivet av teknologiska framsteg. Inte bara den råa mängden data har ökat, utan även förmågan att särskilja vilka celler som informationen om generna kommer ifrån. Historiskt har sådan information endast observerats utifrån större vävnadsbitar, och således har ett medelvärde över flertalet celler observerats, utan att veta från vilka celler de individuella observationerna härstammar eller cellernas inbördes lokalisation. Denna avhandling kretsar kring de nya metoderna för spatiell analys av transkriptomet, vilka möjliggör positionering av vart någonstans i vävnaden genuttrycket sker och på så vis ger den granularitet som verklig mekanistisk förståelse ofta kräver. Det arbete som presenteras här spänner endast över några år av den längre bana som utvecklingen av spatiell transkriptomik befinner sig på, från de tidiga experimenten av in situ hybridisering till en potentiell framtid med komplett molekylär profilering av varje cell i deras naturliga miljö. Då det senare än ej är realiserat idag, behandlar avhandlingen och de inkluderade arbeten även tillkortakommanden i dagens teknik. Detta fält är under mycket snabb utveckling, och flera av de svagheter som finns idag tros vara kraftigt förminskade inom en relativt snart framtid. Artikel I är en del av en serie av artiklar där vi mekanistiskt undersöker ett fenomen där enkelsträngade nukleinsyror medför immunomodulativa effekter. Mer specifikt undersöker vi i den aktuella artikeln hur oligonukleotider av särskild längd påverkar influenzainfekterade dendritiska celler och viruspartiklarnas möjlighet att ta sig in i dessa celler. Vi finner inhibering av cellernas förmåga att respondera till särskild mönsterigenkänning samt minskade virusmängder direkt efter administration av oligonukleotider. Vår hypotes är att detta är en effekt av blockering av särskilda endocytotiska vägar. Experiment i möss tyder på att influensaviruset fortfarande är kapabelt att infektera och medföra sjukdom hos djuren, men resultatet av att blockera de endocytotiska upptagsvägarna för viruset medför förändrad signalering, vilket kan utgöra en intressant möjlighet för terapeutiska interventioner. Slutsatserna dras genom att kombinera protein-infärgning och konventionella metoder för analys av transkriptomet, i form av kvantitativ realtids-PCR och bulk-RNA-sekvensering. En övergång till spatiell analys görs sedan, där en review på ämnet är inkluderad i avhandlingen som en bilaga, och fungerar som översikt över alla de metoder som tagits fram för att möjliggöra denna typ av analys, så som det såg ut i början av 2020. I Artikel II visar vi utvecklingen av en mjukvara skriven i R för sekvensbaserad spatiell transkriptomik. Mer specifikt adderar vi visualiseringsmöjligheter och en automatiserad pipeline för bildhantering. Verktyget är öppet tillgängligt för alla som använder de spatiella transkriptomik-plattformarna som stöds. I Artikel III vidareutvecklar vi protokollet för spatiell transkriptomik för att kunna utnyttja de teknologiska framstegen som skett inom sekvensering av fullängds-transkriptomik. Genom att läsa av hela transkript istället för endast kortare bitar, som är standard idag, kan transkriptomets fulla komplexitet analyseras. Exempelvis visar vi hur kvantiteter av olika isoformer av en och samma gen skiljer sig markant mellan olika regioner i mushjärnan samt hur vissa typer av RNA-förändringar är vanligare i olika regioner. Det föreslagna protokollet använder enkelt tillgängliga reagenser och kräver ingen avancerad mätutrustning. Vi tror att fullängds-information kommer att vara avgörande för att uppnå komplett biologisk förståelse utifrån transkriptomdata. Slutligen, i Artikel IV, använder vi de senaste metoderna för spatiell transkriptomik för att undersöka hur den lokala miljön i lungan påverkas av en viral infektion genom att jämföra genuttrycket mellan infekterade och icke-infekterade möss. Genom att integrera publikt tillgänglig annoterad data från enskilda celler me spatiell transkriptomdata, kartlägger vi hur olika typer av immunceller lokaliserar sig över vävnadssnitten. Genom att korrelera genuttryck och celltypernas position, skapar vi en uttömmande bild över hur olika cellulära processer och immunresponser uppvisar lokala anpassningar. Vi tror att storskalig spatial information utan fördefinierade val kring vilka gener som undersöks kommer att utgöra ett viktigt verktyg för explorativ analys och hypotesgenerering.  

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-289365