生物学:全ヒト細胞アトラスの作成
Nature
ヒト細胞アトラス(HCA:Human Cell Atlas)イニシアティブによる人体の細胞の初期ドラフトマップを報告する一連の論文のコレクションが、ネイチャーポートフォリオのジャーナルに掲載される。この研究では、人工知能や機械学習に基づくものも含む新しいデータや分析ツールを活用し、細胞レベルでの人間の健康と病気の理解を促進する。
人間の体は約37.2兆個の細胞で構成されており、それぞれの細胞には独自の機能がある。細胞レベルでの人体の複雑性を理解することは困難ではあるが、医学の進歩には不可欠である。HCAコンソーシアムは、人体のあらゆる細胞タイプの生物学的アトラスを構築することを目的として2016年に設立された。このコンソーシアムは102か国にわたって3,600人以上のメンバーで構成されており、18の生物学的ネットワークに関連するデータを寄与している。
最新のコレクションでは、コンソーシアムにおける3つの主要分野における最近の知見が明らかにされている。1つ目に、ヒトの発生組織から新たなデータが生成されている。例えば、Sarah TeichmannとKen Toらは、頭蓋骨や股関節、膝、および肩の関節に関する新たなデータを提供している。2つ目に、コンソーシアムは、発現プロファイルに基づいて類似した細胞を検索する機械学習に基づく手法を含む分析ツールを開発している。3つ目に、特定の器官や生物学的システムで利用可能なデータの統合分析がコレクションの特徴となっている。例えば、Amanda Oliverらの研究チームは、口腔の組織から食道、胃、腸、および結腸にわたる消化管アトラスを発表しており、クローン病(Crohn's Disease)などの炎症性疾患を持つ個人のデータも含まれている。さらに、Barbara Treutleinらの研究チームが開発した統合された脳オルガノイド細胞アトラスは、オルガノイドが発達中の脳の側面をどの程度捉えているかについての洞察を提供している。
これらの発見は、最初のHCA細胞ドラフトマップの構築における重要な進歩であり、将来的に多くの影響をもたらす可能性がある。例えば、細胞の多様性が医療治療に対する個々の反応にどのように影響するかを理解するのに役立ち、細胞レベルでの疾患の遺伝的基礎の調査にも役立つ。このマップから得られた洞察は、Aviv RegevらによるPerspective(展望)記事で議論されている。
細胞の動的な性質を完全に把握し、これらの洞察を多様な集団にまで拡大するにはまだ課題が残っているが、世界中の科学者による現在進行中の共同研究は、個別化医療の実現をより現実的なものとし、病気の治療能力の向上につながるだろう。
論文コレクション:The Human Cell Atlas: towards a first draft atlas
- Article
- Open access
- Published: 20 November 2024
To, K., Fei, L., Pett, J.P. et al. A multi-omic atlas of human embryonic skeletal development. Nature 635, 657–667 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08189-z
Oliver, A.J., Huang, N., Bartolome-Casado, R. et al. Single-cell integration reveals metaplasia in inflammatory gut diseases. Nature 635, 699–707 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07571-1
- Perspective
- Published: 20 November 2024
Rood, J.E., Wynne, S., Robson, L. et al. The Human Cell Atlas from a cell census to a unified foundation model. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08338-4
Early draft maps of cells in the human body are described in a collection of papers from the Human Cell Atlas (HCA) initiative, published across the Nature Portfolio journals. The research leverages new data and analytical tools, some based on artificial intelligence and machine learning, to aid our understanding of human health and disease at a cellular level.
The human body comprises an estimated 37.2 trillion cells, and each cell type has a unique function. Understanding the complexity of the human body at the cellular level has been challenging, but is crucial for the advancement of medical science. The HCA consortium was founded in 2016 with the aim of building a biological atlas of every cell type in the human body; the consortium consists of more than 3,600 members in 102 countries, who contribute data related to 18 biological networks.
The latest collection highlights recent findings in three key areas from the consortium. First, new data have been generated from human developmental tissues; for example, Sarah Teichmann, Ken To and colleagues provide new data for skull bones and hip, knee and shoulder joints. Second, the consortium has developed analytical tools, including a machine learning-based method that searches for similar cells on the basis of their expression profiles. Third, the collection features integrated analyses of data that are available for specific organs or biological systems. For example, Amanda Oliver and colleagues present the gastrointestinal tract atlas, which spans from tissues of the mouth through to the oesophagus, stomach, intestines and colon, and also includes data from individuals with inflammatory diseases such as Crohn’s disease. Additionally, an integrated brain organoid cell atlas, developed by Barbara Treutlein and colleagues, provides insights into how well organoids capture aspects of the developing brain.
Together, these findings represent important advances in the construction of the first HCA cell draft map, which will have many potential future implications. For example, it will improve our understanding of how cellular diversity influences individual responses to medical treatments and help with investigating the genetic underpinnings of diseases at a cellular level. The insights gained from the maps are discussed in an accompanying Perspective by Aviv Regev and colleagues.
Although challenges remain in fully capturing the dynamic nature of cells and extending these insights across diverse populations, the ongoing collaboration among scientists worldwide will help to make personalized medicine more attainable and enhance our ability to treat diseases.
doi: 10.1038/s41586-024-08189-z
「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。