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Dr. Antoine-Emmanuel Saliba

Einzelzellanalyse

Die Arbeitsgruppe um Emmanuel Saliba widmet sich der Erforschung von Wirt-Pathogen-Interaktionen in hoher Auflösung auf der Ebene der einzelnen Zelle. Um den Zustand einzelner Erreger zu bestimmen und dadurch die individuellen Unterschiede von Wirtsreaktionen und Krankheitsverläufen zu verstehen, entwickelt und kombiniert das Team Ansätze aus der Einzelzellanalyse mit bildgebenden Verfahren und computergestützten Methoden.

Unsere Forschung

Neueste technologische Fortschritte machen es Wissenschaftlern möglich, die Gesamtheit aller Zellen des Körpers zu kartieren, ihre Zustände zu erfassen und ihre Reaktionen auf infektiöse Erreger in nie gekanntem Detail zu beobachten. Doch was dazu führt, dass ein Wirt die Ausbreitung eines Erregers entweder eindämmt oder aber ein Teil der Erreger bei einer Infektion der Immunüberwachung des Wirts entgehen, ist noch immer weitgehend unverstanden.

Die Arbeitsgruppe von Emmanuel Saliba analysiert RNA und ihre Prozessierung, um den Zustand der Zellen von Wirten und Krankheitserregern auf Einzelzellniveau zu bestimmen. Unter Verwendung von Salmonellen und Atemwegsviren in Kombination mit Zellkulturmodellen, Organoiden und klinischen Proben, analysiert und kategorisiert das Team Zellen, um deren Mikroumgebung zu analysieren und die Heterogenität von Krankheitsverläufen zu verstehen.

Die Wissenschaftler setzen Einzelzell-RNA-seq, räumliche Transkriptomik und RNA-Bildgebungsverfahren ein, um die Gesamtheit an RNA-Transkripten zu erfassen, die in einem Wirt und einem Pathogen während einer Infektion gebildet werden. Einzelzellanalysen im zeitlichen Verlauf und unter Verwendung von metabolischer RNA-Markierung geben weitere Einblicke in die Herkunft und Entwicklung einer Zelle. Durch diese hochauflösenden Analysen ist es möglich, das Verhalten von Zellen vorherzusagen und regulatorische Netzwerke zu entschlüsseln, die Infektionen zugrunde liegen. Diese Arbeit ist entscheidend für die Entwicklung von Präzisionsdiagnostik und -therapeutika.

Team-Mitglieder

Forschungsprojekte

Andauernde bakterielle Infektionen werden durch eine kleine Subpopulation intrazellulärer Erreger verursacht, den „Persistern“ (von Englisch persist: überdauern). Diese können sich über Jahre in verschiedenen Zelltypen und Gewebsorten aufhalten, ohne Symptome zu verursachen. Diese Subpopulationen organisieren sich auf Zellebene in geschützten Nischen und können sich so der Immunüberwachung und medikamentöser Behandlung entziehen. Histologische Studien haben komplexe Gewebsumgestaltungen während Infektionen beschrieben und in neueren in-vivo-Studien auf Einzelzellebene gibt es erste Hinweise auf die Heterogenität der Infektionsherde.

Es bleiben jedoch offene Fragen: Wie sieht die zelluläre Architektur der Infektionsherde genau aus? Wie lassen sich in komplex strukturiertem Gewebe Nischen identifizieren, die sich auf den Krankheitsausgang auswirken? Es gibt erste Annahmen. Etwa, dass Salmonellen in viele Zelltypen eindringen und dort überdauern können. Diese Zelltypen untergliedern sich wiederum in eine Vielzahl verschiedener Unterklassen, deren Existenz und Funktion bis vor kurzem nicht beachtet wurden. Ähnlich verlassen in infizierten Gewebestrukturen wie der Milz viele infizierte Zellen ihre ursprünglichen Entzündungsherde (Läsionen). Von dort aus verbreiten sie sich in verschiedene Gewebe. Um die Heterogenität der infizierten Zellen, deren Mikroumgebung und Funktion zu verstehen, sind Einzelzellstudien in einem In-vivo-Kontext notwendig. Die Gruppe Einzelzellanalyse entwickelt und kombiniert In-vitro- und In-vivo-Einzelzell-Transkriptomik. So arbeitet sie daran, die zelluläre Organisation von Infektionsherden und ihre funktionellen Konsequenzen für die Infektion zu entschlüsseln.

Die noch junge genomweite Einzelzell-Transkriptomik ist eine leistungsfähige Technologie zur Entschlüsselung der Identität und der Funktionen von Zellen. So ermöglicht sie die detaillierte Untersuchung von Heterogenität. Unterstützt wird dieser Forschungszweig durch die Entwicklung automatisierter Plattformen. Diese machen es möglich, tausende Einzelzellen gleichzeitig zu untersuchen. Die Arbeitsgruppe Saliba hat Pionierarbeit beim Einsatz von Einzelzell-RNA-seq im Zusammenhang mit Infektionen geleistet: Sie untersucht die Heterogenität in der Reaktion von Maus-Makrophagen auf Salmonellen. Dabei hat sie sich auf Bakterien mit unterschiedlichem Wachstumsstatus konzentriert, einschließlich nicht wachsender „Persister“, die mit wiederkehrenden Infektionen in Verbindung gebracht wurden. Dabei konnte die Arbeitsgruppe zeigen, wie Salmonellen das breite Spektrum der Wirtspolarisation beeinflussen, und hat die Existenz einer Untergruppe von Makrophagen nachgewiesen, die Entzündungs- und Immunaktivierungsprogrammen entgehen. Diese Studie lieferte neue Einblicke in die Wirtsreaktion, beschränkte sich aber auf die Analyse infizierter Zellen aus in-vitro-Kulturen. Die nächste Herausforderung ist nun die Entschlüsselung der Reaktion einzelner Zellen in infiziertem Gewebe.

Darüber hinaus arbeitet die Gruppe daran, das volle Potenzial der Einzelzell-RNA-Sequenzierung für die infektionsbiologische Grundlagenforschung zu erschließen.

Publikationen

2021

Homozygous BCMA gene deletion in response to anti-BCMA CAR T cells in a patient with multiple myeloma

Da Vià MC, Dietrich O, Truger M, Arampatzi P, Duell J, Heidemeier A, Zhou X, Danhof S, Kraus S, Chatterjee M, …, Saliba A, Rasche L (2021)

Nature Medicine 27 (4): 616-619

Opposing Wnt signals regulate cervical squamocolumnar homeostasis and emergence of metaplasia

Chumduri C, Gurumurthy RK, Berger H, Dietrich O, Kumar N, Koster S, Brinkmann V, Hoffmann K, Drabkina M, Arampatzi P, …, Saliba A, Meyer TF (2021)

Nature Cell Biology 23 (2): 184

The healing myocardium mobilises a distinct B-cell subset through a CXCL13-CXCR5-dependent mechanism

Heinrichs M, Ashour D, Siegel J, Büchner L, Wedekind G, Heinze KG, Arampatzi P, Saliba A, Cochain C, Hofmann U, Frantz S, Ramos GC (2021)

Cardiovascular research (Online ahead of print)

Time-Resolved scRNA-Seq Tracks the Adaptation of a Sensitive MCL Cell Line to Ibrutinib Treatment

Fuhr V, Vafadarnejad E, Dietrich O, Arampatzi P, Riedel A, Saliba A, Rosenwald A, Rauert-Wunderlich H (2021)

International journal of molecular sciences 22 (5): 2276

Initial HCV infection of adult hepatocytes triggers a temporally structured transcriptional program containing diverse pro- and anti-viral elements

Tegtmeyer B, Vieyres G, Todt D, Lauber C, Ginkel C, Engelmann M, Herrmann M, Pfaller CK, Vondran FW, Broering R, …, Pietschmann T, Brown RJ (2021)

Journal of Virology (Online ahead of print)

A genome-wide transcriptomic analysis of embryos fathered by obese males in a murine model of diet-induced obesity

Bernhardt L, Dittrich M, El-Merahbi R, Saliba A, Müller T, Sumara G, Vogel J, Nichols-Burns S, Mitchell M, Haaf T, El Hajj N (2021)

Scientific Reports 11: 1979

2020

Longitudinal Multi-omics Analyses Identify Responses of Megakaryocytes, Erythroid Cells, and Plasmablasts as Hallmarks of Severe COVID-19

Bernardes JP, Mishra N, Tran F, Bahmer T, Best L, Blase JI, Bordoni D, Franzenburg J, Geisen U, Josephs-Spaulding J, …, Schultze JL, Rosenstiel P (2020)

Immunity 53 (6): 1296-1314

Dynamics of Cardiac Neutrophil Diversity in Murine Myocardial Infarction

Vafadarnejad E, Rizzo G, Krampert L, Arampatzi P, Arias-Loza A, Nazzal Y, Rizakou A, Knochenhauer T, Bandi SR, Nugroho VA, …, Saliba AE, Cochain C (2020)

Circulation Research 127 (9): 232-249

LifeTime and improving European healthcare through cell-based interceptive medicine

Rajewsky N, Almouzni G, Gorski SA, Aerts S, Amit I, Bertero MG, Bock C, Bredenoord AL, Cavalli G, Chiocca S, …, Vidal M, Voet T (2020)

Nature 587 (7834): 377-386

Single-cell RNA-sequencing reports growth-condition-specific global transcriptomes of individual bacteria

Imdahl F, Vafadarnejad E, Homberger C, Saliba AE, Vogel J (2020)

Nature Microbiology 5 (10): 1202

Severe COVID-19 is marked by a dysregulated myeloid cell compartment

Schulte-Schrepping J, Reusch N, Paclik D, Baßler K, Schlickeiser S, Zhang B, Krämer B, Krammer T, Brumhard S, Bonaguro L, …, Saliba AE, Sander LE (2020)

Cell 182 (6): 1419-1440

Eleven grand challenges in single-cell data science

Lähnemann D, Köster J, Szczurek E, McCarthy DJ, Hicks SC, Robinson MD, Vallejos CA, Campbell KR, Beerenwinkel N, Mahfouz A, …, Shah SP, Schönhuth A (2020)

Genome Biology 21: 31

Advances and challenges in single-cell RNA-seq of microbial communities

Imdahl F, Saliba A (2020)

Current Opinion in Microbiology 57: 102-110

Tracheal brush cells release acetylcholine in response to bitter tastants for paracrine and autocrine signaling

Hollenhorst MI, Jurastow I, Nandigama R, Appenzeller S, Li L, Vogel J, Wiederhold S, Althaus M, Empting M, Altmüller J, …, Saliba AE, Krasteva-Christ G (2020)

The FASEB Journal 34 (1): 316-332

2019

scSLAM-seq reveals core features of transcription dynamics in single cells

Erhard F, Baptista MA, Krammer T, Hennig T, Lange M, Arampatzi P, Jürges CS, Theis FJ, Saliba AE, Dölken L (2019)

Nature 571 (7765): 419-423

2018

Salmonella persisters undermine host immune defenses during antibiotic treatment

Stapels DA, Hill PW, Westermann AJ, Fisher RA, Thurston TL, Saliba AE, Blommestein I, Vogel J, Helaine S (2018)

Science 362 (6419): 1156-1160

Neonatally imprinted stromal cell subsets induce tolerogenic dendritic cells in mesenteric lymph nodes

Pezoldt J, Pasztoi M, Zou M, Wiechers C, Beckstette M, Thierry GR, Vafadarnejad E, Floess S, Arampatzi P, Buettner M, …, Saliba AE, Huehn J (2018)

Nature Communications 9: 3903

Single-Cell RNA-Seq Reveals the Transcriptional Landscape and Heterogeneity of Aortic Macrophages in Murine Atherosclerosis

Cochain C, Vafadarnejad E, Arampatzi P, Pelisek J, Winkels H, Ley K, Wolf D, Saliba AE, Zernecke A (2018)

Circulation Research 122 (12): 1661-1674

Atlas of the Immune Cell Repertoire in Mouse Atherosclerosis Defined by Single-Cell RNA-Sequencing and Mass Cytometry

Winkels H, Ehinger E, Vassallo M, Buscher K, Dinh HQ, Kobiyama K, Hamers AA, Cochain C, Vafadarnejad E, Saliba AE, …, Ley K, Wolf D (2018)

Circulation Research 122 (12): 1675-1688

Genome organization and DNA accessibility control antigenic variation in trypanosomes

Müller LS, Cosentino RO, Förstner KU, Guizetti J, Wedel C, Kaplan N, Janzen CJ, Arampatzi P, Vogel J, Steinbiss S, …, Sebra RP, Siegel TN (2018)

Nature 563 (7729): 121-125

Tolerogenic Transcriptional Signatures of Steady-State and Pathogen-Induced Dendritic Cells

Vendelova E, Ashour D, Blank P, Erhard F, Saliba A, Kalinke U, Lutz MB (2018)

Frontiers in Immunology 9: 333

2017

Einzelzell-RNA-Sequenzierung beleuchtet den Infektionsprozess

Saliba AE, Westermann AJ, Vogel J (2017)

BIOspektrum 23 (5): 525-528

New RNA-seq approaches for the study of bacterial pathogens

Saliba AE, Santos SC, Vogel J (2017)

Current Opinion in Microbiology 35: 78-87

2016

A protocol for the systematic and quantitative measurement of protein-lipid interactions using the liposome-microarray-based assay

Saliba AE, Vonkova I, Deghou S, Ceschia S, Tischer C, Kugler KG, Bork P, Ellenberg J, Gavin A (2016)

Nature Protocols 11 (6): 1021-38

Single-cell RNA-seq ties macrophage polarization to growth rate of intracellular Salmonella

Saliba AE, Li L, Westermann AJ, Appenzeller S, Stapels DA, Schulte LN, Helaine S, Vogel J (2016)

Nature Microbiology 2: 16206

2015

The systematic analysis of protein-lipid interactions comes of age

Saliba AE, Vonkova I, Gavin A (2015)

Nature Reviews Molecular Cell Biology 16 (12): 753-61

Lipid Cooperativity as a General Membrane-Recruitment Principle for PH Domains

Vonkova I, Saliba AE, Deghou S, Anand K, Ceschia S, Doerks T, Galih A, Kugler KG, Maeda K, Rybin V, …, Bork P, Gavin A (2015)

Cell Reports 12 (9): 1519-30

2014

A quantitative liposome microarray to systematically characterize protein-lipid interactions

Saliba AE, Vonkova I, Ceschia S, Findlay GM, Maeda K, Tischer C, Deghou S, van Noort V, Bork P, Pawson T, Ellenberg J, Gavin A (2014)

Nature Methods 11 (1): 47-50

Single-cell RNA-seq: advances and future challenges

Saliba AE, Westermann AJ, Gorski SA, Vogel J (2014)

Nucleic Acids Research 42 (14): 8845-60

2010

Microfluidic sorting and multimodal typing of cancer cells in self-assembled magnetic arrays

Saliba AE, Saias L, Psychari E, Minc N, Simon D, Bidard F, Mathiot C, Pierga J, Fraisier V, Salamero J, …, Malaquin L, Viovy J (2010)

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107 (33): 14524-9

2009

Cellules tumorales circulantes et cancer du sein : méthodes de détection et résultats cliniques

Bidard F, Saliba AE, Saias L, Degeorges A, Cremoux Pd, Viovy J, Vincent-Salomon A, Mathiot C, Pierga J, Gramont A (2009)

Bulletin du Cancer 96 (1): 73-86

2004

Nanotechnology serving biochips – The Toulouse example

Vieu C, Malaquin L, Thibault C, Saliba AE, Daran E, Dildan M, Carcenac F, Leberre V, Trevisiol E, François JM (2004)

Biofutur (250): 41-45