NeuMap: mappatura della diversità dei neutrofili con profilazione della trascrizione a singola cellula / NeuMap: Mapping Neutrophil Diversity with Single‑Cell Transcription Profiling

 NeuMap: mappatura della diversità dei neutrofili con profilazione della trascrizione a singola cellula / NeuMap: Mapping Neutrophil Diversity with Single‑Cell Transcription Profiling

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Quando si verifica un'infezione od una lesione, i neutrofili, le nostre cellule immunitarie più abbondanti, sono i primi ad arrivare. A lungo considerati soldati di fanteria del sistema immunitario dalla vita breve, sono essenziali per la difesa dell'ospite, ma noti per esacerbare l'infiammazione in condizioni che vanno dalle malattie cardiovascolari al COVID-19. Nonostante la loro ubiquità, gli scienziati hanno faticato a comprendere il funzionamento dei neutrofili nei diversi tessuti e stati patologici. La loro sostanziale eterogeneità è stata documentata, ma la mancanza di un quadro unificante ha limitato la traduzione in informazioni cliniche.

Questa lacuna è stata ora colmata. Un consorzio internazionale guidato da ricercatori del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), dell'Università Carlos III di Madrid (UC3M), dell'Università di Yale e della Westlake University in Cina ha creato NeuMap, il primo atlante completo dei neutrofili. Lo studio, pubblicato questa settimana su Nature con il titolo " Architecture of the neutrophil compartment ", ha analizzato oltre un milione di cellule utilizzando il profilo trascrizionale a singola cellula per tracciare l'organizzazione dei neutrofili nei tessuti, negli stadi di sviluppo e nelle condizioni patologiche nei topi.

"Ciò che è più sorprendente", ha spiegato Ivan Ballesteros, PhD, professore presso l'UC3M e ricercatore presso il CNIC, "è che i singoli neutrofili vivono solo poche ore, eppure questa popolazione cellulare mantiene un'architettura stabile per tutta la vita. È un modello che emerge dal caos. Comprendere questa logica apre nuove strade per guidare l'immunità verso la guarigione".

NeuMap integra i dati di 47 condizioni biologiche, rivelando che i neutrofili si organizzano in un numero finito di hub funzionali. Questi hub rappresentano stati distinti: precursori proliferativi, cellule sensibili all'interferone, sottopopolazioni immunosoppressive ed una popolazione circolante silente. La modellazione computazionale e le analisi timestamp hanno mostrato che i neutrofili seguono traiettorie prototipiche attraverso questi hub, con percorsi preferiti che cambiano a seconda che l'organismo sia in salute, infiammato od affetto da cancro, hanno scritto gli autori. "Integrando tutti questi dati", riferendosi ad una serie di condizioni che vanno dalla gravidanza e dallo sviluppo fetale alle infezioni, al cancro, all'infarto del miocardio e all'invecchiamento, "siamo stati in grado di osservare come i neutrofili seguano schemi comuni nonostante la loro apparente diversità", ha osservato la co-prima autrice Daniela Cerezo Wallis, PhD, dell'Università di Yale.

L'atlante evidenzia anche i fattori molecolari che influenzano il destino dei neutrofili. Segnali come TGFβ, IFNβ e GM-CSF spingono i neutrofili lungo traiettorie diverse, mentre la mappatura dell'accessibilità della cromatina ha rivelato che il fattore di trascrizione JUNB controlla gli stati angiogenici ed immunosoppressivi, promuovendo la rivascolarizzazione tissutale.

ENGLISH

When infection or injury occurs, neutrophils—our most abundant immune cells—are the first to arrive. Long considered short-lived foot soldiers of the immune system, they are essential for host defense yet notorious for exacerbating inflammation in conditions ranging from cardiovascular disease to COVID-19. Despite their ubiquity, scientists have struggled to understand how neutrophils function across tissues and disease states. Their substantial heterogeneity has been documented, but the lack of a unifying framework has limited translation into clinical insight.

That gap has now been addressed. An international consortium led by researchers at the Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), Yale University, and Westlake University in China has created NeuMap, the first comprehensive atlas of neutrophils. The study published this week in Nature under the title “Architecture of the neutrophil compartment” analyzed more than one million cells using single-cell transcriptional profiling to chart how neutrophils are organized across tissues, developmental stages, and disease conditions in mice.

“What is most surprising,” explained Ivan Ballesteros, PhD, professor at UC3M and researcher at CNIC, “is that individual neutrophils live only a few hours, yet this cell population maintains a stable architecture throughout life. It is a pattern that emerges from chaos. Understanding this logic opens new avenues to guide immunity toward healing.”

NeuMap integrates data from 47 biological conditions, revealing that neutrophils organize into a finite number of functional hubs. These hubs represent distinct states: proliferative precursors, interferon-responsive cells, immunosuppressive subsets, and a silent circulating population. Computational modeling and timestamp analyses showed that neutrophils follow prototypical trajectories through these hubs, with preferred paths shifting depending on whether the body is in health, inflammation, or cancer, wrote the authors. “By integrating all these data,”—referring to a range of conditions from pregnancy and fetal development to infections, cancer, myocardial infarction, and aging—“we were able to observe how neutrophils follow common patterns despite their apparent diversity,” noted co-first author Daniela Cerezo Wallis, PhD, of Yale University.

The atlas also highlights molecular drivers of neutrophil fate. Signals such as TGFβ, IFNβ, and GM-CSF push the neutrophils along different trajectories, while chromatin accessibility mapping revealed that the transcription factor JUNB controls angiogenic and immunosuppressive states, promoting tissue revascularization.

Importantly, NeuMap’s architecture was shown to be conserved across sexes, environmental and genetic backgrounds, and even species, with human neutrophils displaying similar hubs. This conservation means the atlas may serve as a translational tool: by profiling blood neutrophils, researchers can infer the pathophysiological state of the host, added the authors. That opens the door to new biomarkers for infection, cancer, and cardiovascular disease, and potentially to therapies that redirect neutrophil trajectories.

“Our study delineates the global architecture of the neutrophil compartment and establishes a framework for exploration and exploitation of neutrophil biology, the researchers wrote. NeuMap provides a guide to navigate the immense heterogeneity of these cells, opening a new era in the understanding and control of the immune system.

Da:

https://www.genengnews.com/topics/omics/neumap-mapping-neutrophil-diversity-with-single%E2%80%91cell-transcription-profiling/?_hsenc=p2ANqtz-_3No-mu0Sf_s7FOqN4x0SA8Ck7IlUMYXQ9SFSlrgXcvRjhGJWhAdnhmTMP9M0XfIjO2Hgwmc8AdCSTVaTwLMqehFgoYNOUVIftiRL3xwAAxTGulfA&_hsmi=393137582