La carte cellulaire la plus grande et la plus complète du poumon humain est annoncée dans Médecine naturelle aujourd’hui (8 juin). Révélant la grande diversité des types de cellules dans les poumons et les principales différences entre la santé et la maladie, l’Atlas des cellules pulmonaires humaines sera une ressource précieuse pour les chercheurs pulmonaires.
Crédit d’image : Atlas des cellules humaines (HCA)
En combinant les données de près de 40 études, les chercheurs ont créé le premier atlas monocellulaire intégré du poumon, révélant des types de cellules rares et mettant en évidence les différences cellulaires entre les personnes en bonne santé. De plus, l’étude a trouvé des états cellulaires communs entre la fibrose pulmonaire, le cancer et le COVID-19, offrant de nouvelles façons de comprendre les maladies pulmonaires, ce qui pourrait aider à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques.
L’étude fait partie de l’initiative mondiale Human Cell Atlas (HCA) visant à cartographier chaque type de cellule du corps humain, afin de transformer notre compréhension de la santé, des infections et des maladies.
La recherche pulmonaire a grandement bénéficié des récentes études sur une seule cellule qui montrent quels gènes sont actifs dans chaque cellule. Malgré cela, la recherche a été limitée jusqu’à présent par le nombre d’échantillons et d’individus inclus par étude. Pour mieux comprendre les poumons sains et déterminer ce qui ne va pas dans la maladie, un atlas complet a été nécessaire, mais cela a été difficile à réaliser.
Maintenant, une grande équipe de chercheurs a combiné avec succès 49 ensembles de données pulmonaires, provenant de près de 40 études distinctes, en un seul Atlas intégré, en utilisant un apprentissage automatique avancé. En regroupant et en intégrant les ensembles de données de toutes les principales études pulmonaires de séquençage d’ARN unicellulaire publiées à ce jour, l’équipe a créé le premier atlas intégré des cellules pulmonaires humaines. Cet Atlas couvre plus de 2,4 millions de cellules de 486 individus et donne de nouvelles informations sur la biologie pulmonaire qui n’étaient pas possibles auparavant.
Un atlas d’organes complet nécessite de nombreux ensembles de données pour saisir la diversité entre les cellules et les individus, mais combiner différents ensembles de données est un énorme défi. Nous avons développé un pipeline d’analyse comparative pour trouver la méthode optimale pour intégrer tous les ensembles de données dans l’Atlas, en utilisant l’intelligence artificielle, et avons combiné avec succès les connaissances et les données de près de 40 études pulmonaires précédentes.
Dr Malte Luecken, auteur principal de l’article, chef de groupe, Institut de biologie computationnelle et Institut de la santé pulmonaire et de l’immunité, Helmholtz Munich, Allemagne
Nous avons créé un premier atlas de référence du poumon humain, qui comprend les données de plus d’une centaine de personnes en bonne santé et révèle comment les cellules des individus varient avec l’âge, le sexe et les antécédents de tabagisme. Le grand nombre de cellules et d’individus impliqués donne désormais le pouvoir de voir des types de cellules rares et d’identifier de nouveaux états cellulaires qui n’ont pas été décrits auparavant.
Professeur Fabian Theis, auteur principal de l’article, directeur, Institut de biologie computationnelle, Helmholtz Munich
Alors que le cœur de l’Atlas des cellules pulmonaires humaines est constitué de données provenant de poumons sains, l’équipe a également pris des ensembles de données de plus de 10 maladies pulmonaires différentes et les a projetées sur les données saines, pour comprendre les états pathologiques.
L’équipe a découvert que différentes maladies pulmonaires partageaient des états de cellules immunitaires communs, notamment la découverte qu’un sous-ensemble de macrophages (un type de cellule immunitaire) partageait une activité génique similaire dans la fibrose pulmonaire, le cancer et le COVID-19. Les états partagés indiquent que ces cellules pourraient jouer un rôle similaire dans la formation de cicatrices dans les poumons dans les trois maladies et fournir des indications sur des cibles thérapeutiques potentielles.
Il s’agit du premier effort visant à comparer des poumons sains et malades dans une étude de manière intégrée. Notre étude soutient non seulement la présence de fibrose pulmonaire dans le COVID-19, mais elle nous permet également d’identifier et de définir un état cellulaire partagé entre la fibrose pulmonaire, le COVID-19 et les patients atteints d’un cancer du poumon. La découverte de ces cellules communes associées à la maladie est vraiment passionnante et révèle une manière totalement différente d’envisager les maladies pulmonaires, ouvrant des possibilités pour de nouvelles cibles de traitement et développant des biomarqueurs de réponse au traitement. Nos résultats suggèrent également que les thérapies efficaces pour une maladie peuvent aider à en soulager d’autres.
Martijn Nawijn, auteur principal de l’article, professeur, University Medical Center Groningen, Pays-Bas
Le projet d’intégration de l’atlas pulmonaire était un effort de collaboration internationale avec près de 100 partenaires de plus de 60 départements, y compris des chercheurs clés de Helmholtz Munich, du centre médical universitaire de Groningue et de la Northwestern University. L’équipe fait partie du réseau biologique pulmonaire de l’atlas des cellules humaines, qui a ses racines dans les réseaux de semences de l’initiative Chan Zuckerberg pour l’atlas des cellules humaines, et le réseau pulmonaire DiscovAIR financé par l’Union européenne. Au début de la pandémie de COVID-19 en 2020, les communautés pulmonaires unicellulaires se sont réunies rapidement, formant le HCA Lung Biological Network pour aider à comprendre le COVID-19, ce qui a ensuite conduit à l’effort mondial d’intégration de toutes les données.
L’un des gros problèmes dans la création de l’atlas intégré des cellules pulmonaires était l’annotation des types de cellules. Différents groupes de recherche ont utilisé des noms différents pour le même type de cellule, ou le même nom pour différentes cellules, donc en équipe, nous avons travaillé pour les standardiser en utilisant les données de l’atlas. L’atlas est une première étape vers une annotation consensuelle du poumon humain, qui aidera à rassembler le domaine de la recherche pulmonaire.
Lisa Sikkema, première auteure de l’article, doctorante, Institut de biologie computationnelle, Helmholtz Munich
Premier organe majeur intégré au sein de l’initiative Human Cell Atlas, l’Atlas des cellules pulmonaires humaines est accessible au public pour les chercheurs du monde entier, en tant que ressource centrale pour étudier le poumon en bonne santé et malade.
L’Atlas des cellules pulmonaires humaines est une énorme ressource pour la communauté scientifique et médicale. Ouvertement accessibles aux chercheurs, les nouvelles données sur les maladies peuvent être cartographiées sur le HLCA, transformant la recherche en biologie et maladies pulmonaires. En tant que premier atlas de référence complet d’un organe majeur, le HLCA représente également une étape importante vers la réalisation d’un atlas complet des cellules humaines qui transformera notre compréhension de la biologie et de la maladie et jettera les bases d’une nouvelle ère de soins de santé.
Dr Alexander Misharin, auteur principal de l’article, professeur associé, Feinberg School of Medicine, Northwestern University, États-Unis
