Resolving the molecular details of proteome variation in the different tissues and organs of the human body will greatly increase our knowledge of human biology and disease. Here, we present a map of the human tissue proteome based on an integrated omics approach that involves quantitative transcriptomics at the tissue and organ level, combined with tissue microarray–based immunohistochemistry, to achieve spatial localization of proteins down to the single-cell level. Our tissue-based analysis detected more than 90% of the putative protein-coding genes. We used this approach to explore the human secretome, the membrane proteome, the druggable proteome, the cancer proteome, and the metabolic functions in 32 different tissues and organs. All the data are integrated in an interactive Web-based database that allows exploration of individual proteins, as well as navigation of global expression patterns, in all major tissues and organs in the human body.

Global classification of the human proteins with regards to spatial expression patterns across organs and tissues is important for studies of human biology and disease. Here, we used a quantitative transcriptomics analysis (RNA-Seq) to classify the tissue-specific expression of genes across a representative set of all major human organs and tissues and combined this analysis with antibody-based profiling of the same tissues. To present the data, we launch a new version of the Human Protein Atlas that integrates RNA and protein expression data corresponding to ∼80% of the human protein-coding genes with access to the primary data for both the RNA and the protein analysis on an individual gene level. We present a classification of all human protein-coding genes with regards to tissue-specificity and spatial expression pattern. The integrative human expression map can be used as a starting point to explore the molecular constituents of the human body.

Single-cell RNA analysis has been integrated with spatial protein profiling to create a single–cell type map of human tissues.

The peptide FA-LL-37, previously termed FALL-39, was originally predicted from on ORF of a cDNA clone isolated from a human bone marrow library. This peptide was synthesized and found to have antibacterial activity. We have now characterized and sequenced the complete gene for FA-LL-37, termed FALL39. It is a compact gene of 1963 bp with four exons. Exons 1-3 code for a signal sequence and the cathelin region. Exon 4 contains the information for the mature antibacterial peptide. Our results indicate that FALL39 is the only member of the cathelin gene family present in the human genome. Potential binding sites for acute-phase-response factors are identified in the promoter and in intron 2. A possible role for the cytokine interleukin-6 in the regulation of FALL 39 is discussed. Anti-(FA-LL-37) IgG located the peptide in granulocytes and we isolated the mature peptide from these cells after degranulation. Structural analysis determined the mature peptide to be LL-37. To obtain LL-37 for antibacterial assays, synthetic FA-LL-37 was degraded with dipeptidyl-peptidase I. This analysis showed that mature LL-37 is a potent antibacterial peptide.

PR-39, a proline/arginine-rich peptide antibiotic, has been purified from pig intestine and later shown to originate in the bone marrow. Intending to isolate a clone for a human counterpart to PR-39, we synthesized a PCR probe derived from the PR-39 gene. However, when this probe was used to screen a human bone marrow cDNA library, eight clones were obtained with information for another putative human peptide antibiotic, designated FALL-39 after the first four residues. FALL-39 is a 39-residue peptide lacking cysteine and tryptophan. All human peptide antibiotics previously isolated (or predicted) belong to the defensin family and contain three disulfide bridges. The clone for prepro-FALL-39 encodes a cathelin-like precursor protein with 170 amino acid residues. We have postulated a dibasic processing site for the mature FALL-39 and chemically synthesized the putative peptide. In basal medium E, synthetic FALL-39 was highly active against Escherichia coli and Bacillus megaterium. Residues 13-34 in FALL-39 can be predicted to form a perfect amphiphatic helix, and CD spectra showed that medium E induced 30% helix formation in FALL-39. RNA blot analyses disclosed that the gene for FALL-39 is expressed mainly in human bone marrow and testis.

A blood cell protein-expression atlas Genome-wide analyses are increasingly providing resources for advances in basic and applied biomedical science. Uhlen et al. performed a global expression analysis of human blood cell types and integrated this data with data across all major human tissues and organs in the human protein atlas. This comprehensive compendium allows for classification of all human protein-coding genes with regard to their tissue- and cell-type distribution. Science , this issue p. eaax9198

SUMMARY Genes with cell type specific expression typically encode for proteins that have cell type specific functions. Single cell RNAseq (scRNAseq) has facilitated the identification of such genes, but various challenges limit the analysis of certain cell types and lowly expressed genes. Here, we performed an integrative network analysis of over 6000 bulk RNAseq datasets from 15 human organs, to generate a tissue-by-tissue cell type enrichment prediction atlas for all protein coding genes. We profile all the major constituent cell types, including several that are fragile or difficult to process and thus absent from existing scRNAseq-based atlases. The stability and read depth of bulk RNAseq data, and the high number of biological replicates analysed, allowed us to identify lowly expressed cell type enriched genes that are difficult to classify using existing methods. We identify co-enriched gene panels shared by pancreatic alpha and beta cells, chart temporal changes in cell enrichment signatures during spermatogenesis, and reveal that cells in the hair root are a major source of skin enriched genes. In a cross-tissue analysis, we identify shared gene enrichment signatures between highly metabolic and motile cell types, and core identity profiles of cell types found in across tissue types. Our study provides the only cell type gene enrichment atlas generated independently of scRNAseq, representing a new addition to our existing toolbox of resources for the understanding of gene expression across human tissues.

SUMMARY The identification of cell type-specific genes and their modification under different conditions is central to our understanding of human health and disease. The stomach, a hollow organ in the upper gastrointestinal tract, provides an acidic environment that contributes to microbial defence and facilitates the activity of secreted digestive enzymes to process food and nutrients into chyme. In contrast to other sections of the gastrointestinal tract, detailed descriptions of cell type gene enrichment profiles in the stomach are absent from the major single cell sequencing-based atlases. Here, we use an integrative correlation analysis method to predict human stomach cell type transcriptome signatures using unfractionated stomach RNAseq data from 359 individuals. We profile parietal, chief, gastric mucous, gastric enteroendocrine, mitotic, endothelial, fibroblast, macrophage, neutrophil, T-cell and plasma cells, identifying over 1600 cell type-enriched genes. We uncover the cell type expression profile of several non-coding genes strongly associated with the progression of gastric cancer and, using a sex-based subset analysis, uncover a panel of male-only chief cell-enriched genes. This study provides a roadmap to further understand human stomach biology.

Despite recognizing aging as risk factor of human diseases, little is still known about the molecular traits of biological age and mortality risk. To identify age-associated proteins circulating human blood, we screened 156 subjects aged 50-92 years using an exploratory and multiplexed affinity proteomics approach. We corroborated the top age-associated protein profile (adjusted P < 0.001) in eight additional study sets (N = 4,044 individuals), and confirmed a consistent age-associated increase (P = 6.61 × 10-6) by meta-analysis. Applying antibody validation determined circulating histidine-rich glycoprotein (HRG) as the target, and we observed that sequence variants influenced the antibodies ability to bind to the protein. Profiles of circulating HRG were associated to several clinical traits and predicted the risk of mortality during a follow-up period of 8.5 years (IQR = 7.7-9.3 years) after blood sampling (HR = 1.25 per SD; 95% CI = 1.12-1.39; P = 7.41 × 10-5). In conclusion, our affinity proteomics analysis found associations between the molecular traits of circulating HRG with age and all-cause mortality. This suggests that the profiles of multi-purpose protein HRG could serve as an accessible indicator of physiological processes related to aging.