Publicerad: 2022-02-11 11:00 | Uppdaterad: 2022-02-11 15:50

Kartläggning av tjocktarmens gener ger ny kunskap om tarmsjukdomar

Genuttryck i olika segment i en mus tjocktarm.
Genuttryck i olika segment i en mus tjocktarm. Illustration av Ludvig Larsson.

Forskare vid Karolinska Institutet har med hjälp av tekniken spatial transkriptomik kartlagt genuttrycket i tjocktarmen hos möss. Resultatet är en karta som visar var i vävnaden enskilda gener uttrycks. När forskarna passade in tidigare kända mänskliga transkriptionsdata på kartan gav det nya kunskaper om inflammatorisk tarmsjukdom (IBD). Studien har publicerats i tidskriften Nature Communications.

Forskargruppen använde tekniken spatial transkriptomik (ST) för att kartlägga genaktiviteten i enskilda celler i tjocktarmen hos möss. Det är första gången som någon lyckats visualisera hela tjocktarmens genuttryck på liknande sätt. 

Portrait of Eduardo Villablanca.
Docent Eduardo Villablanca. Foto: Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Magnus Bergström.

– Vår visualisering med hjälp av spatial transkriptomik gjorde det möjligt att upptäcka flera saker som tidigare varit okända. Till exempel att tjocktarmen är uppdelad i fler segment än vi tidigare trott, säger studiens korresponderande författare Eduardo J. Villablanca, docent vid institutionen för medicin, Solna, vid Karolinska Institutet.

När resultatet kombinerades med tidigare kända transkriptionsdata från mänsklig vävnad såg forskarna en överensstämmelse mellan var i tarmen vissa celler återfinns hos både mus och människa. Något som gör modellen till ett verktyg för att öka förståelsen av hur olika sjukdomar drabbar tjocktarmen, bland annat inflammatorisk tarmsjukdom (IBD).

I en tidigare studie har Eduardo J. Villablancas forskargrupp visat att ulcerös kolit kan delas in i två olika grupper med olika genuttryck. Med hjälp av den nya kartan kunde de visa att generna för de mer svårbehandlade formerna av sjukdomen återfanns i vävnad som också var mer skadad. 

– Genkartan kan på liknande sätt användas för att se var i tjocktarmen mänskliga celler är aktiva, vilket kan få stor betydelse i utvecklingen av nya behandlingar och läkemedel, säger Eduardo J. Villablanca.

Teknik tillämpad på nytt sätt

Arbetsflöde för bearbetning och analys av en mus tjocktarm med hjälp av spatial transkriptomik.
Arbetsflöde för bearbetning och analys av en mus tjocktarm med hjälp av spatial transkriptomik. Illustration av Ludvig Larsson.

Tekniken spatial transkriptomik har utvecklats på SciLifeLab av forskare från KTH och Karolinska Institutet. Verktyget möjliggör studier av genuttryck i olika vävnader. Men för att visualisera ett långt rörformat organ som tjocktarmen tillämpade forskarna bakom den här studien tekniken på ett nytt sätt. Genom att rulla ihop tjocktarmen likt en rulltårta kunde de få plats med hela tarmen och därigenom för första gången kartlägga genuttrycket i ett långt organ. 

– Nu vill vi fortsätta att använda samma metod för att skapa en liknande atlas för alla matsmältningsorgan, från munnen till ändtarmen. Vi vill skapa en referenskarta för genuttrycket i alla dessa vävnader, säger Eduardo J. Villablanca.

En genatlas över hela matsmältningsorganen kan bland annat användas för att utforska sambandet mellan tarmbakterier och genuttrycket i cellerna. Den kan även användas för att öka förståelsen för hur olika dieter påverkar matsmältningsorganens funktioner. 

Forskningen genomfördes vid Karolinska Institutet med finansiering från bland annat Vetenskapsrådet, Formas, Cancerfonden samt anslaget Wallenberg Academy Fellow från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.

Några av författarna har rapporterat potentiella intressekonflikter: Eduardo J. Villablanca har mottagit forskningsmedel från läkemedelsbolaget F. Hoffmann-La Roche. Camilla Engblom, Ludvig Larsson och Joakim Lundeberg är vetenskapliga rådgivare till 10X Genomics som 2018 köpte företaget Spatial Transcriptomics. 

Publikation

The spatial transcriptomic landscape of the healing mouse intestine following damage”, Sara M. Parigi, Ludvig Larsson, Srustidhar Das, Ricardo O. Ramirez Flores, Annika Frede, Kumar P. Tripathi, Oscar E. Diaz, Katja Selin, Rodrigo A. Morales, Xinxin Luo, Gustavo Monasterio, Camilla Engblom, Nicola Gagliani, Julio Saez-Rodriguez, Joakim Lundeberg och Eduardo J. Villablanca, Nature Communications, online 11 februari, 2022, doi: 10.1038/s41467-022-28497-0