Since the emergence of the single-cell sequencing technology, numerous studies have been conducted to understand the diverse cell types in the tumor ecosystem and the variations among different cancer types. Such tumor heterogeneity between cancer types and patients significantly affects cancer treatment and patient survival. In this thesis, we employ an integrative study that combines biomimetics with single-cell multiomics technology and construction of large-scale pan-cancer atlas at single-cell resolution to extensively outline tumor heterogeneity.
In initial part of the thesis, we discuss about the application of patient-derived ECM (dECM) to investigate epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) in colon cancer cells at single-cell resolution. Previous studies relied on culturing cancer cells with glass dishes and pro-metastatic ligands that lead to unfaithful recapitulation of in situ EMT. Our research demonstrates that patient-derived dECM successfully recapitulates in situ EMT and that it could be used to study EMT heterogeneity of colon cancer cells across multiple molecular layers.
In the subsequent part of this thesis, we present the large-scale single-cell atlas (CCA) composed of millions of cells. We implemented various algorithms to dissect CCA into a myriad of cell states that shape tumor ecosystem and heterogeneity between patients and cancer types. Furthermore, we conducted multiomics analysis to evaluate their significance in checkpoint-blockade based immunotherapy and tertiary lymphoid structure.
Collectively, these studies highlight the integrative analysis of single-cell RNA-sequencing and multiomics data as a powerful approach for the examination of tumor heterogeneity, its biological implications, and its clinical significance. We assert that our analysis lays a foundation for future research endeavors and makes a substantial contribution to the field of precision medicine.
대량의 암 단일 세포 전사체 데이터가 생산되면서 여러 세포 종류로 인해 생기는 종양이질성이 주목 받고 있다. 종양이질성은 환자의 생존에 중요하기에 이를 분석하기 위한 많은 시도가 이루어지고 있다. 본 학위논문에서는 생물모방학, 단일 세포 다중오믹스의 융합 연구와 대규모 단일 세포 전사체 아틀라스로 종양이질성을 다루고자 한다.
첫번째 파트에서는 대장 조직 유래의 세포외기질에 오가노이드를 배양하여 상피간엽이행을 유도한 연구를 다루고자 한다. 기존에는 암 세포들을 유리 디쉬에 배양한 후 리간드를 인위적으로 처리하여 상피간엽이행을 유도했기 때문에 실제 암 조직에서 발견되는 것과는 달랐다. 본 연구에서는 세포외기질을 이용하여 실제 암 조직을 성공적으로 반영하였고 이를 단일 세포 다중오믹스로 분석하였다.
두번째 파트에서는 대규모 암 전사체 아틀라스로 종양 이질성을 논하고자 한다. 수백 만개의 세포로 이루어진 아틀라스를 만들고 여러 세포에서 나타나는 세포 상태들을 구분하여 그 의미를 논하였다. 또한, 다중오믹스 분석으로 면역관문억제제 반응성과 3차 림프절 구조물에 중요한 세포 상태들을 발굴하였다.
종합적으로 두 단일 세포 연구를 통해 종양이질성의 의미와 중요성을 보여주었고 위 결과들은 다양한 후속 연구와 정밀의료에 기여할 수 있을 것이라 기대한다.
