High resolution profiling of cellular communities in the tumor microenvironment

肿瘤微环境中细胞群落的高分辨率分析

基本信息

  • 批准号:
    10572355
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 16.97万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-03-01 至 2023-12-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT The tumor microenvironment (TME) is comprised of diverse immune and stromal elements – each with context-dependent phenotypic states and distinct functions – that interact with cancer cells to form unique cellular communities. In recent years, major advances have been made in understanding the cross-talk between tumor and TME cell populations in shaping metastasis, and in leveraging it for therapies. However, a pan-cancer characterization of single-cell communities within the TME, both in primary and metastatic tumor deposits, is currently lacking. Moreover, circulating cell-free nucleic acids in peripheral blood plasma have emerged as promising biomarkers for noninvasive detection of cancer, and for issue-of-origin mapping. However, no liquid biopsy assays have been developed to monitor the cell states and cellular communities of the TME. I hypothesize that large-scale profiling of TME communities could present new therapeutic opportunities to transform cancer treatment. To study TME communities at scale, I recently developed EcoTyper, a new machine learning framework for delineating cell states and multicellular communities, termed ecotypes, from bulk tumor expression data. Using EcoTyper, I constructed the first global atlas of transcriptionally-defined cell states and ecotypes in >6,000 primary bulk tumor samples from 16 types of carcinoma and >1,000 diffuse large B cell lymphomas. Although these atlases are major milestones toward understanding the TME, they do not achieve single-cell resolution. While efforts to construct pan-cancer single- cell atlases have been described, they do not identify multicellular communities, nor do they provide automated methods to discover new cell states or interrogate them in new data. I propose that large-scale ecotype profiling (1) can be performed at single-cell resolution via dedicated improvements to the EcoTyper platform, (2) can delineate the determinants of progression to metastatic disease, (3) and can be used to noninvasively monitor clinically relevant heterogeneity in the TME from liquid biopsies. In the K99 phase, I will significantly improve upon EcoTyper by extending it to identify cell states and ecotypes from the joint analysis of large collections of single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) data. I will also define a global single-cell atlas of cell states that extends our previously published pan-carcinoma atlas; and will derive a global atlas of ecotypes across multiple metastatic sites, including liver, brain and lymph nodes, by analyzing thousands of metastatic carcinomas. In the R00 phase, my group will develop bioinformatics tools for resolving epigenomic signatures of ecotypes, including methods that leverage single-cell and bulk methylation data to define methylation signatures of TME ecotypes, and will leverage them to test whether tumor ecotypes can be reliably detected from circulating nucleic acid molecules.
项目摘要/摘要 肿瘤微环境(TME)由潜水的免疫和基质元素组成,每种元素 与上下文相关的表型状态和不同的功能 - 与癌细胞相互作用以形成独特的细胞 社区。近年来,在理解肿瘤之间的串扰方面取得了重大进展 和TME细胞群体塑造转移和利用疗法的群体。但是,是泛伴奏者 在原发性和转移性肿瘤沉积中,TME中单细胞群落的表征是 目前缺乏。此外,外周血血浆中循环无细胞的核酸已出现为 有希望的生物标志物可用于癌症的非侵入性检测和产卵性映射。但是,没有液体 已经开发了活检刺激来监测TME的细胞状态和细胞群落。 我假设TME社区的大规模分析可以提出新的疗法 改变癌症治疗的机会。为了大规模研究TME社区,我最近开发了 Ecotyper是一种用于描述细胞状态和多细胞社区的新机器学习框架 生态型,来自大量肿瘤表达数据。使用Ecotyper,我构建了第一个全球地图集 从16种类型的> 6,000个主要的散装肿瘤样品中的转录定义的细胞态和生态型 癌和> 1,000个扩散的大B细胞淋巴瘤。尽管这些地图集是迈向的主要里程碑 了解TME,他们无法实现单细胞分辨率。虽然努力构建泛伴奏者 已经描述了细胞地图集,它们没有识别多细胞社区,也不提供自动化 发现新单元格状态或在新数据中询问它们的方法。 我建议可以通过单细胞分辨率通过 (2)可以对Ecotyper平台进行专门改进 转移性疾病(3),可用于非侵入性监测临床相关的异质性 来自液体活检的TME。在K99阶段,我将通过将其扩展到Ecotyper对 通过大量单细胞RNA测序的联合分析来鉴定细胞态和生态型 (SCRNA-SEQ)数据。我还将定义一个全球单细胞态的单细胞态,扩展了我们先前发布的 泛白肉瘤地图集;并将在包括肝脏在内的多个转移性部位跨多个转移性地点的全球生态型 大脑和淋巴结通过分析数千个转移性癌。在R00阶段,我的小组将 开发生物信息学工具,用于解决生态型的表观基因组签名,包括利用的方法 单细胞和大量甲基化数据以定义TME生态型的甲基化特征,并将利用它们 为了测试是否可以从循环核酸分子中可靠地检测到肿瘤生态型。

项目成果

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