RamanOmics cartographie l'empreinte biochimique des cellules vieillissantes dans les tissus vivants

Comprendre le vieillissement nécessite bien plus que des données d'expression génique. La composition lipidique, la conformation des protéines, la chimie de la matrice extracellulaire et les états métaboliques gouvernent tous la fonction cellulaire — pourtant ces couches biochimiques sont invisibles pour les outils génomiques standard. RamanOmics répond à cette lacune en combinant le séquençage de l'ARN en noyaux isolés (snRNA-seq), le séquençage et l'hybridation in situ STARmap (STARmap-ISS/ISH), et l'imagerie Raman hyperspectrale sans marquage au sein d'une plateforme multimodale unique qui cartographie les états vibrationnels-biochimiques et moléculaires à résolution unicellulaire dans des tissus intacts.

L'équipe a collecté des tissus pulmonaires et cutanés de souris jeunes (2 mois) et âgées (26 mois), générant plus de 47 000 transcriptomes en noyaux isolés de haute qualité, accompagnés d'images Raman à enregistrement spatial et de cartes transcriptomiques spatiales couvrant 890 gènes, dont 190 marqueurs spécifiques de la sénescence. Les signatures de vieillissement au niveau tissulaire se sont révélées remarquablement spécifiques à chaque tissu : les poumons âgés présentaient une activation immunitaire chronique, un remodelage endothélial et vasculaire, ainsi qu'une dérégulation de la matrice extracellulaire, tandis que la peau âgée exhibait un déclin métabolique, une homéostasie ionique altérée et des programmes de traitement de l'ARN modifiés. L'analyse par Earth Mover's Distance a quantifié la divergence transcriptionnelle au niveau du type cellulaire, identifiant les cellules endothéliales et les lymphocytes T dans le poumon, ainsi que les fibroblastes et les cellules épidermiques interfollikulaires dans la peau, comme les populations les plus altérées par le vieillissement.

En utilisant p21 comme marqueur canonique de la sénescence, les auteurs ont identifié les populations de cellules sénescentes et leurs programmes transcriptionnels spécifiques à chaque organe. Les cellules sénescentes pulmonaires étaient dominées par des gènes de remodelage de la matrice extracellulaire et de signalisation TGF-β (Serpine1, Dab2, Igfbp7), tandis que les cellules sénescentes cutanées présentaient des modules de kératinisation et d'homéostasie de la barrière (Krt10, Lor, Sbsn). Fait crucial, l'imagerie Raman a révélé une signature biochimique conservée dans les deux tissus : un pic spectral à 1131–1135 cm⁻¹ lié aux acides gras à chaîne ramifiée, qui distingue de manière robuste les cellules sénescentes p21+ de leurs voisines non sénescentes, sans aucun marquage ni destruction tissulaire.

Pour unifier ces modalités, les chercheurs ont développé un « code-barres multimodal » dérivé de l'apprentissage automatique, qui intègre quantitativement les caractéristiques spectrales Raman aux données transcriptionnelles. Ce code-barres permet l'identification in situ non destructive des cellules sénescentes et fournit une lecture plus riche et plus complète de l'état cellulaire que chacune des modalités prise séparément. Dans une expérience de cicatrisation, RamanOmics a capturé le recâblage dynamique des cellules sénescentes, documentant une régulation à la hausse coordonnée des gènes de réparation de la barrière (Krt10, Lor, Sbsn, Sfn, Dmkn) accompagnée d'augmentations correspondantes des signaux Raman associés aux lipides — confirmant que la plateforme peut suivre les transitions d'état biologique en réponse à des stimuli physiologiques.

En tant que prépublication, ces résultats sont en attente d'évaluation par les pairs. L'étude est actuellement limitée aux modèles murins, et la transposition aux tissus humains nécessitera une validation. Le débit de l'imagerie Raman et son intégration dans les flux de travail existants de pathologie clinique demeurent des défis pratiques. Néanmoins, RamanOmics représente une avancée conceptuelle et technique vers un profilage non destructif et sans marquage des états de vieillissement cellulaire dans des tissus vivants ou minimalement traités.