Cartografía multimodal de los estados moleculares y funcionales de las células mediante electro-secuenciación in situ

Área de la Ciencia:

• La biofísica
• Biología molecular
• Biología de sistemas

Sus antecedentes:

• La comprensión de las relaciones entre genes y funciones en tejidos electrogénicos requiere la medición simultánea de la actividad eléctrica y la expresión génica a nivel de una sola célula.
• Los métodos existentes a menudo carecen de la resolución o la capacidad de mapear ambas modalidades desde las mismas células en redes intactas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y validar una nueva técnica, la electro-secuenciación in situ (electro-seq), para el análisis combinado y multimodal de la actividad eléctrica y la expresión génica en células individuales dentro de redes biológicas intactas.
• Demostrar la utilidad del electro-seq en el descubrimiento de las relaciones gen-electrofisiología durante el desarrollo de cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas por humanos.

Principales métodos:

• La electro secuenciación in situ (electro-seq) integra la bioelectrónica flexible con la secuenciación in situ del ARN.
• Esta técnica permite el mapeo estable de la actividad eléctrica a escala de milisegundos y el perfil simultáneo de la expresión génica de una sola célula.
• El método se aplicó a parches cardíacos y neuronales intactos, incluidos parches pluripotentes derivados de células madre humanas.

Principales resultados:

• Electro-seq permitió el análisis multimodal in situ de la electrofisiología de los cardiomiocitos y la expresión génica a nivel celular.
• El estudio definió conjuntamente los estados celulares y las trayectorias de desarrollo en parches de cardiomiocitos.
• El análisis transversal basado en el aprendizaje automático identificó las relaciones clave entre genes y electrofisiología a lo largo del desarrollo de los cardiomiocitos.
• La evolución de los perfiles de expresión génica se reconstruyó con precisión a partir de mediciones eléctricas a largo plazo.

Conclusiones:

• La electro-secuenciación in situ proporciona una herramienta poderosa para el mapeo multimodal espacio-temporal en tejidos electrogénicos.
• Esta técnica potencia el descubrimiento de nuevos tipos de células y programas genéticos subyacentes a la función y disfunción electrofisiológica.
• Electro-seq facilita una comprensión más profunda de las relaciones entre genes y funciones en sistemas biológicos complejos.