Nat. Commun Express : une méthode d'alignement et d'épissage en deux étapes pour l'omique spatiale

Domaines de recherche : omique spatiale, alignement intégré multi-tranches, réseau neuronal convolutionnel à graphes dynamiques et multi-échelles

Dong Hongyu | Auteur

Titre de l'article : SANTO : un alignement et un assemblage grossier à fin méthode pour l'omique spatiale

Source du papier : Nature Communications

Lien du papier : https://www.nature.com/articles/s41467-024-50308-x

Avec le développement vigoureux de la technologie de l'omique spatiale, l'alignement de découpage planaire 2D et l'épissage pour former un modèle spatial 3D afin de découvrir des caractéristiques globales est devenu une étape indispensable dans l'analyse omique spatiale. Cependant, les méthodes existantes sont confrontées à des défis lors du traitement d’ensembles de données omiques spatiales à grande échelle, en particulier les données générées sur la base des technologies de fluorescence et d’image, dont l’analyse prend souvent trop de temps et les résultats de l’analyse ne sont pas précis.

Compte tenu de cela, des chercheurs de l'Université des sciences et technologies King Abdullah et de l'Université de Yale ont proposé une stratégie d'alignement grossier à fin en deux étapes pour l'omique spatiale - SANTO. SANTO est divisé en deux étapes (Figure 1). Premièrement, dans l'étape d'ajustement grossier, la zone de chevauchement de deux tranches est rapidement identifiée en calculant le coefficient de corrélation, puis dans l'étape d'ajustement fin, les caractéristiques spatiales et les caractéristiques spatiales sont identifiées ; intégré à l'aide du réseau neuronal convolutionnel à graphique dynamique (DGCNN). Les caractéristiques de l'expression génique ont été affinées pour aligner les deux tranches.

Figure 1 Schéma de l'algorithme SANTO

Les chercheurs ont vérifié les performances supérieures de SANTO par rapport aux méthodes existantes grâce à des expériences approfondies. Premièrement, ils ont effectué des évaluations de référence sur divers ensembles de données avec diverses méthodes publiées (Figure 2). Les résultats de l'évaluation ont montré que la précision et la robustesse de SANTO dans les tâches d'alignement et d'épissage dépassaient les méthodes existantes.

Figure 2 Comparaison de référence de SANTO et d'autres méthodes existantes

Après avoir vérifié les hautes performances du modèle SANTO, les chercheurs ont utilisé cet outil pour réaliser diverses applications en aval. Plus précisément, ils ont aligné et épissé des sections (10x Xenium et Visium) sur des plates-formes (10x Xenium et Visium) à partir du même tissu (échantillon de cancer du sein) (Figure 3), identifiant une composition plus diversifiée de types de cellules et par cellules spatiales. L'analyse de la communication explore le microenvironnement tumoral plus en détail et fournit de nouvelles orientations pour le traitement clinique.

Figure 3 SANTO a réussi à épisser des tranches multiplateformes d'échantillons de cancer du sein pour explorer le microenvironnement tumoral

Les chercheurs ont ensuite appliqué le modèle pour aligner les données omiques spatio-temporelles tridimensionnelles afin de révéler les processus de développement tissulaire. En alignant deux échantillons d'embryons de souris (échantillons tridimensionnels, respectivement aux stades E14.5 et E15.5, chaque échantillon est constitué de quatre tranches bidimensionnelles consécutives), le modèle peut révéler le chemin d'évolution spatio-temporelle du foie, des poumons et du cœur. et d'autres organes, contribue à l'étude du vieillissement et de l'évolution du cancer (Figure 4).

Utilisation de SANTO pour obtenir un alignement spatio-temporel 3D à 3D

Enfin, les chercheurs ont utilisé SANTO pour aligner les tranches des deux modalités d'expression des gènes et de séquençage des histones, réalisant ainsi une intégration multimodale. montre que SANTO peut effectuer une grande variété de tâches d’alignement (Figure 5).

Figure 5 Utilisation de SANTO pour réaliser un alignement multimodal

En bref, dans cette étude, les chercheurs ont développé un cadre général-SANTO pour résoudre les problèmes d'alignement et d'épissage des omiques spatiales. Des tests de référence complets révèlent les performances supérieures du modèle en termes de précision, de robustesse et de convivialité, démontrant ainsi les performances de SANTO dans une variété de tâches difficiles grâce à des tâches telles que l'assemblage multiplateforme, l'alignement spatio-temporel 3D à 3D et l'alignement multimodal. .des fonctionnalités puissantes dans l'application.

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