Identifying transcript location in cells Identifying where specific RNAs occur within a cell or tissue has been limited by technology and imaging capabilities. Expansion microscopy has allowed for better visualization of small structures by expanding the tissues with a polymer- and hydrogel-based system. Alon et al. combined expansion microscopy with long-read in situ RNA sequencing, resulting in a more precise visualization of the location of specific transcripts. This method, termed “ExSeq” for expansion sequencing, was used to detect RNAs, both new transcripts and those previously demonstrated to localize to neuronal dendrites. Unlike other in situ sequencing methods, ExSeq does not target sets of genes. This technology thus unites spatial resolution, multiplexing, and an unbiased approach to reveal insights into RNA localization and its physiological roles in developing and active tissue. Science , this issue p. eaax2656

Genomic alterations shape cell phenotypes and the structure of tumor ecosystems in poorly defined ways. To investigate these relationships, we used imaging mass cytometry to quantify the expression of 37 proteins with subcellular spatial resolution in 483 tumors from the METABRIC cohort. Single-cell analysis revealed cell phenotypes spanning epithelial, stromal and immune types. Distinct combinations of cell phenotypes and cell–cell interactions were associated with genomic subtypes of breast cancer. Epithelial luminal cell phenotypes separated into those predominantly impacted by mutations and those affected by copy number aberrations. Several features of tumor ecosystems, including cellular neighborhoods, were linked to prognosis, illustrating their clinical relevance. In summary, systematic analysis of single-cell phenotypic and spatial correlates of genomic alterations in cancer revealed how genomes shape both the composition and architecture of breast tumor ecosystems and will enable greater understanding of the phenotypic impact of genomic alterations. Bodenmiller and colleagues pair imaging mass cytometry with data from the METABRIC cohort to define single-cell phenotypic and genomic features of breast cancer with spatial context, finding associations with breast cancer subtypes and prognosis.

ABSTRACT A set of increasingly powerful approaches are enabling spatially resolved measurements of growing numbers of molecular features in biological samples. While important insights can be derived from the two-dimensional data that many of these technologies generate, it is clear that extending these approaches into the third and fourth dimensions will magnify their impact. Realizing biological insights from datasets where thousands to millions of cells are annotated with tens to hundreds of parameters in space will require the development of new computational and visualization strategies. Here, we describe Theia, a virtual reality-based platform, which enables exploration and analysis of either volumetric or segmented, molecularly-annotated, three-dimensional datasets, with the option to extend the analysis to time-series data. We also describe our pipeline for generating annotated 3D models of breast cancer and supply several datasets to enable users to explore the utility of Theia for understanding cancer biology in three dimensions.

Abstract With the aim of producing a 3D representation of tumours, IMAXT uses a large variety of modalities in order to acquire tumour samples and produce a map of every cell in the tumour and its host environment. With the large volume and variety of data produced in the project we develop automatic data workflows and analysis pipelines and introduce a research methodology where scientists connect to a cloud environment to perform analysis close to where data are located instead of bringing data to their local computers. Here we present the data and analysis infrastructure, discuss the unique computational challenges and describe the analysis chains developed and deployed to generate molecularly annotated tumour models. Registration is achieved by use of a novel technique involving spherical fiducial marks that are visible in all imaging modalities used within IMAXT.