Abstract Background Macrophages are innate immune cells with diverse functional and molecular phenotypes. This diversity is largely unexplored at the level of single-cell proteomes because of the limitations of quantitative single-cell protein analysis. Results To overcome this limitation, we develop SCoPE2, which substantially increases quantitative accuracy and throughput while lowering cost and hands-on time by introducing automated and miniaturized sample preparation. These advances enable us to analyze the emergence of cellular heterogeneity as homogeneous monocytes differentiate into macrophage-like cells in the absence of polarizing cytokines. SCoPE2 quantifies over 3042 proteins in 1490 single monocytes and macrophages in 10 days of instrument time, and the quantified proteins allow us to discern single cells by cell type. Furthermore, the data uncover a continuous gradient of proteome states for the macrophages, suggesting that macrophage heterogeneity may emerge in the absence of polarizing cytokines. Parallel measurements of transcripts by 10× Genomics suggest that our measurements sample 20-fold more protein copies than RNA copies per gene, and thus, SCoPE2 supports quantification with improved count statistics. This allowed exploring regulatory interactions, such as interactions between the tumor suppressor p53, its transcript, and the transcripts of genes regulated by p53. Conclusions Even in a homogeneous environment, macrophage proteomes are heterogeneous. This heterogeneity correlates to the inflammatory axis of classically and alternatively activated macrophages. Our methodology lays the foundation for automated and quantitative single-cell analysis of proteins by mass spectrometry and demonstrates the potential for inferring transcriptional and post-transcriptional regulation from variability across single cells.

Abstract During tumor progression, cancer-associated fibroblasts (CAFs) accumulate in tumors and produce excessive extracellular matrix (ECM), forming a capsule that enwraps cancer cells. This capsule is a barrier that restricts tumor growth leading to the buildup of intratumoral pressure. Combining genetic and physical manipulations in vivo with microfabrication and force measurements in vitro , we found that the CAFs capsule is not a passive barrier but instead actively compresses cancer cells using actomyosin contractility. Cancer cells mechanosense CAF compression, resulting in an altered localization of the transcriptional regulator YAP. Abrogation of CAFs contractility in vivo leads to the dissipation of compressive forces and impairment of capsule formation. By mapping CAF force patterns in 3D, we show that compression is a CAF-intrinsic property independent of cancer cell growth. Supracellular coordination of CAFs is achieved through fibronectin cables that serve as scaffolds allowing force transmission. Our study unveils that the contractile capsule actively compresses cancer cells, modulates their mechanical signaling, and reorganizes tumor morphology.

The fate and physiology of individual cells are controlled by protein interactions. Yet, our ability to quantitatively analyze proteins in single cells has remained limited. To overcome this barrier, we developed SCoPE2. It lowers cost and hands-on time by introducing automated and miniaturized sample preparation while substantially increasing quantitative accuracy. These advances enabled us to analyze the emergence of cellular heterogeneity as homogeneous monocytes differentiated into macrophage-like cells in the absence of polarizing cytokines. SCoPE2 quantified over 2,700 proteins in 1,018 single monocytes and macrophages in ten days of instrument time, and the quantified proteins allowed us to discern single cells by cell type. Furthermore, the data uncovered a continuous gradient of proteome states for the macrophage-like cells, suggesting that macrophage heterogeneity may emerge even in the absence of polarizing cytokines. Parallel measurements of transcripts by 10x Genomics scRNA-seq suggest that SCoPE2 samples 20-fold more copies per gene, thus supporting quantification with improved count statistics. Joint analysis of the data indicated that most genes had similar responses at the protein and RNA levels, though the responses of hundreds of genes differed. Our methodology lays the foundation for automated and quantitative single-cell analysis of proteins by mass-spectrometry.![Figure][1] [1]: pending:yes

Abstract Multiomics studies at single-cell level require small volume manipulation, high throughput analysis and multiplexed detection, characteristics that droplet microfluidics can tackle. However, the initial step of molecules bioseparation remains challenging. Here, we describe a unique magnetic device to trap and extract magnetic particles in sub-nanoliter droplets, for compartmentalisation of detection steps. Relying on electrodeposition of NiFe structures and microfluidic manipulation, this technology has allowed the purification of genetic material at single-cell scale and was able to reach an extraction rate of 72% for a sample of purified oligonucleotides.