Understanding the physical processes that regulate star formation and galaxy evolution are major areas of activity in modern astrophysics. Nearby galaxies offer unique opportunities to inspect interstellar medium (ISM), star formation (SF), radiative, dynamic and magnetic physics in great detail from sub-galactic (kpc) scales to sub-cloud (sub-pc) scales, from quiescent galaxies to starbursts, and from field galaxies to overdensities. In this case study, we discuss the major breakthroughs in this area of research that will be enabled by the Atacama Large Aperture Submillimeter Telescope (AtLAST), a proposed 50-m single-dish submillimeter telescope. The new discovery space of AtLAST comes from its exceptional sensitivity, in particular to extended low surface brightness emission, a very large 2 degree field of view, and correspondingly high mapping efficiency. This paper focuses on four themes which will particularly benefit from AtLAST: 1) the LMC and SMC, 2) extragalactic magnetic fields, 3) the physics and chemistry of the interstellar medium, and 4) star formation and galaxy evolution. With ~1000-2000h surveys each, AtLAST could deliver deep dust continuum maps of the entire LMC and SMC fields at parsec-scale resolution, high-resolution maps of the magnetic field structure, gas density, temperature and composition of the dense and diffuse ISM in ~100 nearby galaxies, as well as the first large-scale blind CO survey in the nearby Universe, delivering molecular gas masses for up to 10^6 galaxies (3 orders of magnitude more than current samples). Through such observing campaigns, AtLAST will have a profound impact on our understanding of the baryon cycle and star formation across a wide range of environments.

A spatially resolved analysis of the heterogeneous cancer genome, in which the data are connected to the three-dimensional space of a tumour, is crucial to understand cancer biology and the clinical impact of cancer heterogeneity on patients. However, despite recent progress in spatially resolved transcriptomics, spatial mapping of genomic data in a high-throughput and high-resolution manner has been challenging due to current technical limitations. Here, we describe a novel approach, phenotype-based high-throughput laser-aided isolation and sequencing (PHLI-seq), which enables high-throughput isolation of a single-cell or a small number of cells and their genome-wide sequence analysis to construct genomic maps within cancer tissue in relation to the phenotypes of the cells. By applying PHLI-seq, we reveal the heterogeneity of breast cancer tissues at a high resolution and map the genomic landscape of the cells to their corresponding spatial locations and phenotypes in the tumour mass. Additionally, with different staining modalities, the genotypes of the cells can be connected to corresponding phenotypic information of the tissue. Together with the spatially resolved genomic analysis, we can infer the histories of heterogeneous cancer cells in two or three dimensions, providing significant insight into cancer biology and precision medicine.

Introduction: The role of adipocytes in cancer microenvironment has gained focus during the recent years. However, the characteristics of the cancer-associated adipocytes (CAA) in human breast cancer tissues and the underlying regulatory mechanism are not clearly understood. Method: We reviewed pathology specimens of breast cancer patients to understand the morphologic characteristics of CAA, and profiled the mRNA and miRNA expression of CAA by using indirect co-culture system in vitro. Results: The CAAs in human breast cancers showed heterogeneous topographic relationship with breast cancer cells within the breast microenvironment. The CAAs exhibited the characteristics of de-differentiation determined by their microscopic appearance and the expression levels of adipogenic markers. Additionally, the 3T3-L1 adipocytes co-cultured with breast cancer cells showed up-regulation of inflammation-related genes including Il6 and Ptx3. The up-regulation of IL6 in CAA was further observed in human breast cancer tissues. miRNA array of co-cultured 3T3-L1 cells showed increased expression of mmu-miR-5112 which may target Cpeb1. Cpeb1 is a negative regulator of Il6. The suppressive role of mmu-miR-5112 was confirmed by dual luciferase reporter assay, and mmu-miR-5112-treated adipocytes showed up-regulation of Il6. The transition of adipocytes into more inflammatory CAA resulted in proliferation-promoting effect in ER positive breast cancer cells such as MCF7 and ZR-75-1 but not in ER negative cells. Conclusion: In this study, we have determined the de-differentiated and inflammatory natures of CAA in breast cancer microenvironment. Additionally, we propose a miRNA-based regulatory mechanism underlying the process of acquiring inflammatory phenotypes in CAA.