Spatial transcriptomics maps distinct signatures of human intermuscular adipose expansion in mice

Resumen Técnico: La transcriptómica espacial mapea firmas distintivas de la expansión del tejido adiposo intermuscular humano en ratones

Planteamiento del problema
El tejido adiposo intermuscular (IMAT, por sus siglas en inglés), definido como adipocitos localizados entre los fascículos musculares, es un depósito metabólicamente activo fuertemente asociado con la enfermedad cardiometabólica, la resistencia a la insulina y la reducción de la función muscular. A pesar de su relevancia clínica, la organización celular, la regulación transcripcional y los mecanismos específicos que impulsan la expansión del IMAT permanecen insuficientemente definidos. Si bien se sabe que los progenitores fibro-adipogénicos (FAPs) y otras células mesenquimales contribuyen al IMAT, las relaciones espaciales precisas entre las poblaciones de progenitores, los adipocitos maduros y el microentorno muscular circundante en el contexto de la enfermedad metabólica aún no están claras. Además, es necesario dilucidar hasta qué punto los programas génicos del IMAT humano se conservan en modelos murinos y cuáles son los impulsores transcripcionales específicos (como los factores de transcripción) que median la transición de las células residentes en el músculo hacia los adipocitos.

Metodología
El estudio empleó un enfoque multimodal y transespecie combinando transcriptómica de volumen (bulk), transcriptómica espacial y validación funcional:

1. Perfilado transcriptómico humano: Los autores analizaron conjuntos de datos de RNA-seq de volumen de IMAT humano, músculo esquelético y tejido adiposo subcutáneo (SAT) de individuos delgados, obesos y con diabetes tipo 2. Identificaron una firma génica distinta enriquecida en el IMAT en comparación con el músculo y el SAT.
2. Modelo murino de enfermedad cardiometabólica: Se alimentaron ratones machos C57BL/6J con una dieta alta en grasas (HFD) durante 20 semanas para inducir enfermedad cardiometabólica y expansión del IMAT, en comparación con controles de dieta baja en grasas (LFD). Se utilizó análisis histológico y microscopía optoacústica de infrarrojo medio sin etiquetas (MiROM) para cuantificar la acumulación de lípidos y la composición bioquímica (lípidos vs. proteínas) en los músculos del cuádriceps.
3. Transcriptómica espacial (ST): Se procesaron secciones de cuádriceps congeladas en fresco de ratones HFD y LFD utilizando 10x Genomics Visium. Las secciones se tiñeron para perilipina (adipocitos) y laminina (límites musculares) para integrar el contexto histológico con la expresión génica.
4. Integración de datos y deconvolución: Los datos de ST se integraron con un conjunto de referencia de RNA-seq de núcleo único (snRNA-seq) de músculo esquelético de ratón para deconvolucionar las proporciones de tipos celulares (adipocitos, FAPs, macrófagos, etc.) dentro de cada punto (spot) espacial. El agrupamiento no supervisado (algoritmo de Louvain) identificó nichos transcripcionales distintos.
5. Mapeo transespecie: La firma de genes enriquecida en el IMAT humano se mapeó a ortólogos murinos para evaluar la conservación dentro de los grupos espac previamente resueltos en ratones.
6. Validación funcional: Se transdujeron mioblastos primarios humanos con vectores lentivirales para sobreexpresar el factor de transcripción Early B-cell Factor 2 (EBF2). La diferenciación hacia linajes adipogénicos o miogénicos se evaluó mediante Western blotting (PPARγ, Cadena Pesada de Miosina) y mediante imágenes MiROM para detectar la formación de gotas de lípidos sin etiquetas exógenas.

Resultados clave

• Firma de IMAT humano: El RNA-seq de volumen reveló una firma de IMAT humano distinta, enriquecida en genes relacionados con la biología de los adipocitos marrones/beige (p. ej., EBF2, SHOX2, TBX2), marcadores de músculo liso vascular/perivascular (p. ej., ACTA2, MYH11), remodelación de la matriz extracelular (ECM) (p. ej., ASPN, COL14A1) y señalización inmunológica/neuronal. El análisis de vías resaltó la organización de la ECM, la señalización de integrinas y las vías metabólicas.
• Expansión espacial en ratones: En ratones machos alimentados con HFD, la expansión del IMAT se localizó en el perimisio (que rodea los fascículos musculares). MiROM confirmó una acumulación significativa de lípidos y características espectrales bioquímicas distintas en el músculo HFD en comparación con el LFD.
• Nichos estromales discretos: El agrupamiento espacial identificó nueve clústeres transcripcionales distintos. El Clúster 6 se caracterizó por el mayor contenido de adipocitos y una vía adipogénica/metabólica regulada al alza bajo la dieta HFD. Los clústeres 4, 6 y 7 mostraron un alto contenido de FAP. Crucialmente, el análisis espacial reveló que la expresión génica asociada a FAP estaba distribuida de manera difusa y no se correlacionaba espacialmente con las regiones positivas para perilipina (ricas en lípidos), lo que sugiere que la abundancia de FAP no predice directamente la formación local de adipocitos in situ.
• Conservación transespecie: Se detectaron 41 ortólogos de la firma de genes del IMAT humano en el conjunto de datos espaciales de ratón. Estos genes mostraron una expresión enriquecida en los clústeres 6 y 7 (ricos en adipocitos/FAP) y se correlacionaron significativamente con las proporciones de adipocitos y FAP en ambas dietas, validando el modelo de ratón para estudiar la expansión del IMAT.
• Papel de EBF2: EBF2 fue consistentemente enriquecido en el IMAT humano y murino. El análisis espacial mostró la expresión de Ebf2 en los nichos adipogénicos y de FAP. Los experimentos funcionales demostraron que la sobreexpresión de EBF2 en mioblastos primarios humanos fue suficiente para inducir la transdiferenciación hacia un fenotipo adipogénico. Esto se evidenció por la regulación al alza de PPARγ, la regulación a la baja de marcadores miogénicos (MHC) y la formación de gotas de lípidos detectables mediante MiROM, las cuales estaban ausentes en las células de control.

Significancia y afirmaciones
El artículo establece que el IMAT es un nicho de remodelación activo y espacialmente organizado, en lugar de un reservorio de lípidos pasivo. Los autores afirman que:

1. La expansión del IMAT en la enfermedad metabólica es impulsada por transiciones de linaje localizadas y dependientes del contexto, que involucran a los progenitores fibro-adipogénicos y potencialmente a precursores miogénicos, en lugar de una simple expansión de un grupo de progenitores preexistente.
2. El factor de transcripción EBF2 actúa como un regulador clave corriente arriba capaz de impulsar la reprogramación adipogénica en mioblastos humanos, proporcionando un vínculo mecánico entre las firmas transcripcionales y la plasticidad celular observada en el IMAT.
3. La transcriptómica espacial es esencial para resolver la complejidad del IMAT, ya que revela la disociación entre la presencia de progenitores (FAPs) y la acumulación de adipocitos maduros, un matiz que el análisis de tejido de volumen pasa por alto.
4. El estudio identifica vías moleculares conservadas (remodelación de la ECM, inflamación, adipogénesis) a través del IMAT humano y de ratón, lo que respalda la utilidad del modelo de ratón para investigar dianas terapéuticas para la remodelación muscular y la disfunción metabólica.

Los autores concluyen que el abordaje de la plasticidad de linaje gobernada por factores como EBF2 puede ofrecer nuevas estrategias para preservar la integridad muscular y mitigar las complicaciones metabólicas de la enfermedad cardiometabólica.