Spatially resolved multiomics of human cardiac niches

生物 利基 旁分泌信号 细胞 窦房结 细胞生物学 神经科学 计算生物学 电池类型 受体 遗传学 生态学 心率 血压 内分泌学
作者
Kazumasa Kanemaru,James Cranley,Daniele Muraro,Antonio M. A. Miranda,J. Patrick Pett,Monika Litviňuková,Natsuhiko Kumasaka,Siew Yen Ho,Krzysztof Polański,Laura Richardson,Lukáš Mach,Monika Dabrowska,Nathan Richoz,Sam N. Barnett,Shani Perera,Anna Wilbrey-Clark,Carlos Talavera‐López,Ilaria Mulas,Krishnaa T. Mahbubani,Liam Bolt
标识
DOI:10.1101/2023.01.30.526202
摘要

Abstract A cell’s function is defined by its intrinsic characteristics and its niche: the tissue microenvironment in which it dwells. Here, we combine single-cell and spatial transcriptomic data to discover cellular niches within eight regions of the human heart. We map cells to micro-anatomic locations and integrate knowledge-based and unsupervised structural annotations. For the first time, we profile the cells of the human cardiac conduction system, revealing their distinctive repertoire of ion channels, G-protein coupled receptors, and cell interactions using a custom CellPhoneDB.org module. We show that the sinoatrial node is compartmentalised, with a core of pacemaker cells, fibroblasts and glial cells supporting paracrine glutamatergic signalling. We introduce a druggable target prediction tool, drug2cell, which leverages single-cell profiles and drug-target interactions, providing unexpected mechanistic insights into the chronotropic effects of drugs, including GLP-1 analogues. In the epicardium, we show enrichment of both IgG+ and IgA+ plasma cells forming immune niches which may contribute to infection defence. We define a ventricular myocardial-stress niche enriched for activated fibroblasts and stressed cardiomyocytes, cell states that are expanded in cardiomyopathies. Overall, we provide new clarity to cardiac electro-anatomy and immunology, and our suite of computational approaches can be deployed to other tissues and organs.
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