Día 2 · Bloque C · 50 min

Del gen humano al modelo murino

Mouse Cell Atlas, ortología humano-ratón y fenotipos del knockout (IMPC)
Jueves 4 de junio

Ing. Luis Alberto Meza Cova
LABBIC · INER

⏱ 30 s — Luis abre el bloque. Encuadre: del gen humano al modelo en ratón. Yalbi queda atenta al chat.

Mouse Cell Atlas (MCA)

Atlas de célula única del ratón — lab. de Guo, U. de Zhejiang¹.

• Célula única (single-cell): expresión medida célula por célula, no en el promedio del tejido
• Microwell-seq: el método (scRNA-seq, secuenciación del ARN de células individuales), de bajo costo
• MCA 1.0: >400 mil células · ~50 tejidos · >800 tipos celulares
• Consultable en el UCSC Cell Browser

⏱ 2 min — Qué es: retrato de célula única de todo el ratón. Complementa al IMPC (que da el fenotipo del knockout) diciendo en qué célula se expresa el gen. Analogía: foto del tejido promedio vs. foto de cada célula.

Microwell-seq · cómo se midió

Una célula por micropocillo + una perla con código de barras → secuenciar cientos de miles de células, barato.

Microwell-seq · Protocol: cell collection and lysis — Mouse Cell Atlas, U. de Zhejiang (bis.zju.edu.cn/MCA)

⏱ 1.5 min — Cómo se midió, sin tecnicismos: una célula por micropocillo + perla con código de barras → cientos de miles de células, barato. La captura es ilustrativa.

Las versiones del atlas

Versión	Células	Etapas	Enfoque
MCA 1.0 (2018)	>400 mil	adulto	Mapa base de tipos celulares
MCA 2.0	>520 mil	7 (E10.5 → adulto)	Diferenciación
MCA 3.0	~1.13 millones	10 (E10.5 → 24 meses)	Desarrollo y envejecimiento

MCA 1.0 · Han et al., Cell 2018. — MCA 2.0–3.0 · Wang et al., Nucleic Acids Res 2023.

⏱ 1.5 min — 1.0 = foto del adulto; 2.0 añade el eje del desarrollo; 3.0 llega a 24 meses (envejecimiento). Confirmar cifras en el sitio oficial.

Desarrollo, diferenciación y envejecimiento

Desarrollo
E10.5 → adulto. Cuándo aparece cada tipo celular.

Diferenciación
Trayectorias de progenitoras a tipos especializados (MCA 2.0).

Envejecimiento
12, 18 y 24 meses: cambios con la edad (MCA 3.0).

Nota

Para tu gen: no solo en qué célula, también cómo cambia con el desarrollo y la edad.

⏱ 1.5 min — Los tres ejes que cubre el atlas. Conectar con el caso: el fenotipo puede depender de la etapa del desarrollo.

El mapa del ratón completo

Cada punto = una célula · color = tejido

Resaltar un tejido (Lung) o un gen

⏱ 1 min — Visor global: cada punto una célula, color por tejido; se puede resaltar un tejido o un gen.

Buscar un gen: ¿dónde se expresa más?

Search atlas: escribes un gen → sus células, tejidos y etapas de mayor expresión.

⏱ 1.5 min — Search atlas: escribes un gen y ves en qué células/tejidos se expresa más, en segundos. Útil para el gen del caso.

Trayectorias del desarrollo

Pseudotiempo: ordena las células por su avance en el desarrollo → cuándo se enciende y se apaga un gen.

Ejemplo: árbol del desarrollo del pez cebra — Farrell et al. (2018), vía biomage.net

⏱ 1.5 min — Pseudotiempo: ordena las células a lo largo de un proceso para ver cuándo se enciende/apaga un gen. La figura es ilustrativa (pez cebra).

Para qué nos sirve · casos

1. Anotar tu scRNA-seq (scMCA): tu matriz → tipos celulares, con el MCA de referencia.
2. ¿En qué célula se expresa mi gen? (Search atlas): ej. Tgfb3 en el paladar.
3. Genes marcadores (Marker list): qué genes definen un tipo celular.

⏱ 2 min — Tres casos de uso; scMCA (anotación automática contra el atlas) es el estrella. Cerrar conectando con TGFB3/ELN del caso.

Explora el atlas

bis.zju.edu.cn/MCA · UCSC Cell Browser

⏱ 1.5 min — Visor en vivo; invitar a entrar en su dispositivo. Si el iframe no carga, usar captura.

De explorar a consultar con código

Lo que exploramos a mano se puede automatizar con código, para toda la lista de genes a la vez.

A mano: un gen (TGFB3). Con código: la lista completa de una sola vez.

• Ortólogos murinos de los genes del bloque B (con biomaRt)
• Fenotipos del knockout desde el IMPC (API REST)
• De ahí salen la tabla integrada y la lista priorizada

⏱ 1 min — Bisagra del bloque: automatizar con código para toda la lista. El concepto de ortólogo y los tipos (1:1, 1:muchos, muchos:muchos) ya se vieron el miércoles; el código va en el video. En vivo nos quedamos con los resultados: la tabla y la lista priorizada.

Tabla integrada

hgnc_symbol	ortólogo	tipo	fenotipo	p_value
ELN	Eln	one2one	abnormal aorta morphology	1.2e-08
ELN	Eln	one2one	preweaning lethality	4.5e-12
LIMK1	Limk1	one2one	abnormal behavior	6.8e-05
…	…	…	…	…

Insumo del caso integrador.

⏱ 1.5 min — Una fila por par gen+fenotipo. Es el insumo del caso integrador; pedir que la guarden.

Lista priorizada · tres categorías

1. Con ortólogo y KO fenotipado: el modelo existe y está caracterizado.
2. Con ortólogo sin fenotipo: KO aún sin fenotipar → posible colaboración.
3. Sin ortólogo: no hay modelo murino directo.

Nota

Las 3R: Reemplazar (evitar usar animales), Reducir (usar menos) y Refinar (minimizar el sufrimiento). Si el dato ya existe → reducir; si es parcial → refinar.

⏱ 2.5 min — La categorización que lleva a la decisión del laboratorio. Conectar con las 3R (definidas en el callout). ¿Generar un ratón nuevo o usar lo que ya hay?

Recursos

• biomaRt · https://bioconductor.org/packages/biomaRt/
• IMPC API · https://www.mousephenotype.org/help/programmatic-data-access/
• httr2 · https://httr2.r-lib.org

⏱ 20 s — Enlaces en Google Classroom.

Cierre del bloque

• Variante humana → coordenadas
• Coordenadas → genes
• Genes → ortólogos murinos
• Ortólogos → fenotipos (IMPC) y tipos celulares (Mouse Cell Atlas)
• Lista priorizada

A continuación: el caso integrador, aplicando todo el flujo a un caso clínico.

⏱ 2 min — Recapitular el flujo completo (variante → coordenadas → genes → ortólogo → fenotipo/expresión) y pasar al caso integrador.

1.

Han, X. et al. Mapping the Mouse Cell Atlas by Microwell-Seq. Cell 172, 1091-1107 (2018).

2.

Blake, J. A. et al. Mouse Genome Database (MGD): Knowledgebase for mouse-human comparative biology. Nucleic Acids Research 49, D981-D987 (2021).

3.

Groza, T. et al. The International Mouse Phenotyping Consortium: comprehensive knockout phenotyping. Nucleic Acids Research 51, D1038-D1045 (2023).