Hierarchical classification of immune cell transcriptomes at population-scale

당신의 면역 체계를 수백만 명의 서로 다른 일꾼(면역 세포)들로 가득 찬 거대하고 북적이는 도시라고 상상해 보세요. 이 도시가 어떻게 기능하는지 이해하기 위해, 과학자들은 각 세포 안에 들어 있는 "지침서"를 읽어야 하며, 이 과정을 단일 세포 RNA 시퀀싱(single-cell RNA sequencing)이라고 부릅니다.

하지만 큰 문제가 하나 있습니다. 이 수백만 명의 일꾼들을 자동으로 분류하는 것은 마치 학생들이 이미 답안지를 본 상태에서 시험을 치르는 것을 채점하는 것과 같았습니다. 기존의 방법들은 종종 서로 다른 출처의 데이터를 혼합했기 때문에, 컴퓨터 모델이 통계적인 속임수를 써서 실제보다 더 똑똑해 보이도록 "부정행위"를 저질렀습니다. 이 모델들은 비슷하게 생긴 일꾼들을 확실하게 구별해내지 못했습니다.

이를 해결하기 위해 연구진은 두 가지 새로운 도구를 만들었습니다:

1. Suco (마스터 참조 라이브러리): 이것은 전문 사서들이 모든 유형의 면역 세포를 독립적이고 신중하게 라벨링한, 거대하고 완벽하게 정리된 도서관과 같습니다. 결정적으로, 이 라이브러리는 서로 다른 섹션들이 서로 "대화"하지 못하도록 구축되었기에, 라벨이 정직하고 편향되지 않도록 보장합니다. 이는 아무도 본 적 없는 궁극적인 "정답지" 역할을 합니다.
2. Compocyte (스마트 분류 기계): 이것은 세포를 분류하도록 설계된 새로운 유연한 로봇입니다. 한 번에 거대한 도약을 통해 답을 추측하는 대신, 이 로봇은 계층적인 순서도처럼 작동합니다. 이 로봇은 일련의 간단하고 단계적인 질문(예: "백혈구인가요?" 그다음 "T세포인가요?")을 던져 정체를 좁혀 나갑니다. 이 방식은 컴퓨터를 맹목적으로 믿는 대신, 인간 전문가가 개입하여 불확실한 세포를 쉽게 검토할 수 있게 해줍니다.

최종 테스트
연구팀은 이 도구들을 궁극적인 테스트에 투입했습니다. 그들은 Compocyte를 사용하여 50개의 서로 다른 연구를 아우르는 3,965명의 환자로부터 얻은 방대한 데이터, 즉 무려 1,560만 개의 면역 세포를 분류했습니다. 그들이 새로운 "정답지"(Suco)를 사용하여 로봇을 훈련시켰기 때문에, 결과는 이전의 그 어떤 방법보다 훨씬 더 정확했습니다.

그들이 발견한 것
이 거대한 세포 집단을 매우 명확한 시각으로 바라봄으로써, 그들은 이전에 숨겨져 있었던 세 가지 구체적인 사실을 발견했습니다:

• 새로운 대식세포: 그들은 종양 내에서 스펀지처럼 물질을 흡수하고 분해하는 역할을 하는 특정 유형의 "청소부" 세포(흡수성 표현형)를 발견했습니다.
• 비밀스러운 단핵구: 그들은 사이토카인 방출 증후군이라는 위험한 면역 반응의 경미하고 숨겨진 형태를 앓고 있는 환자들에게서 희귀하고 특이한 유형의 단핵구(전구 세포)를 포착했습니다.
• 사라지는 기억: 그들은 암이 신체 곳곳으로 퍼짐에 따라 T세포(몸의 기억 병사)가 "줄기세포와 같은" 기억 및 적응 능력을 서서히 잃어가는 과정을 관찰했습니다.

요약하자면, 이 논문은 대규모 인원의 면역 체계를 지도화하는 새롭고 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다. 세포를 분류하는 방식에서의 "부정행위"를 바로잡음으로써, 연구진은 건강과 질병 상태에서 우리의 면역 체계가 어떻게 행동하는지에 대한 미묘하고 중요한 세부 사항들을 포착할 수 있었습니다.