Note: Illuminating Non-genetic Cellular Heterogeneity with Imaging-Based Spatial Proteomics

 Note: Illuminating Non-genetic Cellular Heterogeneity with Imaging-Based Spatial Proteomics 

doi: 10.1016/j.trecan.2020.12.006

• Image-based spatial proteomics technologies  -- provide subcellular resolution ทำให้เราเข้าใจถึงบทบาทของ non-genetic cellular heterogeneity ในการเกิดมะเร็ง และการดื้อยาของเซลล์มะเร็ง

• เป็นเพราะว่า technology ของการอ่านลำดับเบสถูกลง ทำให้การศึกษาทางด้าน genetics โดยเฉพาะ accumulation of mutations and gene fusions -- > ทำให้เราสามารถ chase variation in subclonal populations แต่การศึกษาในเชิง phenotypic ซึ่งต้องอาศัยเทคนิคอื่นนั้น ยังมีข้อมูลไม่มากเท่าไหร่ (non-genetic cellular heterogeneity)

• The main reason why we lack information on phenotype;

• Lack of protein abundance information

• Lack of protein localization

• Thus, image-based spatial proteomics tech -- inform us

• Location of protein

• Amount of protein with subcellular resolution

Spatial organization of proteins (โปรตีนอยู่ตรงไหนของเซลล์ และทำหน้าที่อะไรตรงนั้น?)

• This kind of information can not be informed by gene and protein expression level

• หน้าที่ของโปรตีน มันจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของมันด้วย เพราะแต่ละตำแหน่งในเซลล์ (organelle) จะมี physicochemical properties แตกต่างกันไป เช่น pH redox condition or interaction partners

• Thus, study of cellular proteomics; things to be concerned in order to understand the cellular function;

• Cellular heterogeneity

• Subcellular resolution

Spatiotemporal

• Know where the protein is in subcellular (organelle level) -- spatio

• Know how it moves/changes over time -- temporal

Let considering the space

• Macro

• Tissue environments

• Interaction between different cell types

• Meso

• Each cell has different expression profiles, also different compartments

• There is also the circadian rhythm which effects the gene/protein expression and localization during the day

• Micro

• Protein-protein interactions

Moonlighting enzymes;

• Exhibiting more than one physiologically relevant biochemical or biophysical functions

• It contains catalytic activity as canonical role but it also plays a role in protein-protein interactions to communicate within cells (non-canonical role)

Future perspective spatial proteomics in cancer research

• Multiplexed antibody-based imaging method

• Imaging > 100 proteins in same sample

• Clinical proteomics -- 

• Using panel of antibodies

• Capturing various cellular phenotypes

• Thus, understanding drivers of cellular variability

• Cell identity

• Besides using -omics (proteomics, transcriptomic, metabolomic, and epigenetic)

• Compartmentalization and interaction of biomolecules in space and time

• Functional complexity, besides space and time

• Post-translational modification

• Mass spectrometry proteomics and metabolomics

• Near future ~ achieve sensitivity and reproducibly analyze single-cell lysates and capture PTM variations

• Single-molecule protein sequencing technologies

• Profiling proteins within a single cell