Single-Cell RNA Sequencing Unifies Developmental Programs of Esophageal and Gastric Intestinal Metaplasia

肠化生 生物 化生 核糖核酸 计算生物学 基因 癌症 病理 遗传学 医学
作者
Karol Nowicki-Osuch,Lizhe Zhuang,Tik Shing Cheung,Emily L. Black,Neus Masqué‐Soler,Ginny Devonshire,Aisling M. Redmond,Adam Freeman,Massimilliano di Pietro,Nastazja Pilonis,Władysław Januszewicz,Maria O’Donovan,Simon Tavaré,Jacqueline D. Shields,Rebecca C. Fitzgerald
出处
期刊:Cancer Discovery [American Association for Cancer Research]
卷期号:13 (6): 1346-1363 被引量:36
标识
DOI:10.1158/2159-8290.cd-22-0824
摘要

Intestinal metaplasia in the esophagus (Barrett's esophagus IM, or BE-IM) and stomach (GIM) are considered precursors for esophageal and gastric adenocarcinoma, respectively. We hypothesize that BE-IM and GIM follow parallel developmental trajectories in response to differing inflammatory insults. Here, we construct a single-cell RNA-sequencing atlas, supported by protein expression studies, of the entire gastrointestinal tract spanning physiologically normal and pathologic states including gastric metaplasia in the esophagus (E-GM), BE-IM, atrophic gastritis, and GIM. We demonstrate that BE-IM and GIM share molecular features, and individual cells simultaneously possess transcriptional properties of gastric and intestinal epithelia, suggesting phenotypic mosaicism. Transcriptionally E-GM resembles atrophic gastritis; genetically, it is clonal and has a lower mutational burden than BE-IM. Finally, we show that GIM and BE-IM acquire a protumorigenic, activated fibroblast microenvironment. These findings suggest that BE-IM and GIM can be considered molecularly similar entities in adjacent organs, opening the path for shared detection and treatment strategies. Our data capture the gradual molecular and phenotypic transition from a gastric to intestinal phenotype (IM) in the esophagus and stomach. Because BE-IM and GIM can predispose to cancer, this new understanding of a common developmental trajectory could pave the way for a more unified approach to detection and treatment. See related commentary by Stachler, p. 1291. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1275.

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