Abstract Emerging spatial profiling technology has enabled high-plex molecular profiling in biological tissues, preserving the spatial and morphological context of gene expression. Here we describe expanding the chemistry for the Digital Spatial Profiling platform to quantify whole transcriptomes in human and mouse tissues using a wide range of spatial profiling strategies and sample types. We designed multiplexed in situ hybridization probe pools targeting the protein-coding genes in the human and mouse transcriptomes, hereafter referred to as the human or mouse Whole Transcriptome Atlas (WTA). We validated the human and mouse WTA using cell lines to demonstrate concordance with orthogonal gene expression profiling methods in profiled region sizes ranging from ~10-500 cells. By benchmarking against bulk RNAseq and fluorescence in situ hybridization, we demonstrate robust transcript detection possible down to ~100 transcripts per region. To assess the performance of WTA across tissue and sample types, we applied WTA to biological questions in cancer, molecular pathology, and developmental biology. We show that spatial profiling with WTA can detect expected spatial gene expression differences between tumor and tumor microenvironment, identify spatial disease-specific heterogeneity in gene expression in histological structures of the human kidney, and comprehensively map transcriptional programs in anatomical substructures of nine organs in the developing mouse embryo. Digital Spatial Profiling technology with the WTA assays provides a flexible method for spatial whole transcriptome profiling applicable to diverse tissue types and biological contexts.

Spaceflight induces molecular, cellular and physiological shifts in astronauts and poses myriad biomedical challenges to the human body, which are becoming increasingly relevant as more humans venture into space

Abstract Spaceflight can change metabolic, immunological, and biological homeostasis and cause skin rashes and irritation, yet the molecular basis remains unclear. To investigate the impact of short-duration spaceflight on the skin, we conducted skin biopsies on the Inspiration4 crew members before (L-44) and after (R + 1) flight. Leveraging multi-omics assays including GeoMx™ Digital Spatial Profiler, single-cell RNA/ATAC-seq, and metagenomics/metatranscriptomics, we assessed spatial gene expressions and associated microbial and immune changes across 95 skin regions in four compartments: outer epidermis, inner epidermis, outer dermis, and vasculature. Post-flight samples showed significant up-regulation of genes related to inflammation and KRAS signaling across all skin regions. These spaceflight-associated changes mapped to specific cellular responses, including altered interferon responses, DNA damage, epithelial barrier disruptions, T-cell migration, and hindered regeneration were located primarily in outer tissue compartments. We also linked epithelial disruption to microbial shifts in skin swab and immune cell activity to PBMC single-cell data from the same crew and timepoints. Our findings present the inaugural collection and examination of astronaut skin, offering insights for future space missions and response countermeasures.

Abstract A deeper understanding of complex biological processes, including tumor development and immune response, requires ultra high-plex, spatial interrogation of multiple “omes”. Here we present the development and implementation of a novel spatial proteogenomic (SPG) assay on the GeoMx® Digital Spatial Profiler platform with NGS readout that enables ultra high-plex digital quantitation of proteins (> 100-plex) and RNA (whole transcriptome, > 18,000-plex) from a single FFPE sample. This study highlighted the high concordance, R > 0.85, and <11% change in sensitivity between SPG assay and the single analyte –assays on various cell lines and tissues from human and mouse. Furthermore, we demonstrate that the SPG assay was reproducible across multiple users. When used in conjunction with advanced cellular neighborhood segmentation, distinct immune or tumor RNA and protein targets were spatially resolved within individual cell subpopulations in human colorectal cancer and non-small cell lung cancer. We used the SPG assay to interrogate 23 different glioblastoma multiforme samples across 4 pathologies. The study revealed distinct clustering of both RNA and protein based on pathology and anatomic location. The in-depth investigation of giant cell glioblastoma multiforme revealed distinct protein and RNA expression profiles compared to that of the more common glioblastoma multiforme. More importantly, the use of spatial proteogenomics allowed simultaneous interrogation of critical protein post-translational modifications alongside whole transcriptomic profiles within the same distinct cellular neighborhoods.