scNiche : un nouvel outil cartographie les niches cellulaires dans les tissus et révèle l’hétérogénéité du microenvironnement tumoral

Un nouvel outil informatique appelé scNiche [ess-see-nitch] est conçu pour identifier et caractériser les niches cellulaires [nitch-ez] dans les tissus, offrant ainsi des informations sur le microenvironnement tumoral et d’autres systèmes biologiques. L’outil intègre des caractéristiques multicritères des cellules, notamment leurs profils moléculaires, les profils moléculaires de leur voisinage et les compositions cellulaires de leur voisinage. Il utilise une architecture de réseau neuronal de l’auto-encodeur graphique multiple (M-GAE) [em-jee-ay-ee] couplé à un réseau de fusion graphique (GFN) [jee-ef-en] pour intégrer ces caractéristiques dans une représentation conjointe. Les performances de scNiche ont été évaluées par rapport aux méthodes existantes à l’aide d’ensembles de données simulés et biologiques. Il a été appliqué à des ensembles de données omiques [oh-micks] spatiales provenant du cancer du sein triple négatif humain (TNBC) [tee-en-bee-see] dans deux sous-types archétypaux (mixte et compartimenté) et du foie de souris dans des états normaux et de défaillance hépatique précoce. L’outil a identifié des niches cellulaires spécifiques aux patients ou aux maladies et a fourni une caractérisation et une interprétation de ces niches à partir de la composition cellulaire et des perspectives d’expression moléculaire. Dans les données simulées, scNiche a surpassé dix méthodes existantes dans l’identification précise des niches cellulaires, même lorsque la qualité des données était dégradée par l’abandon de l’expression génique ou l’abandon de l’annotation cellulaire. Des études d’ablation ont montré que les caractéristiques des trois points de vue (profils moléculaires de la cellule, profils moléculaires de son voisinage et compositions cellulaires de son voisinage) contribuent à l’identification précise des niches cellulaires. Dans les données omiques spatiales réelles provenant de la rate de souris et du carcinome urothélial des voies supérieures humaines (UTUC) [yoo-tack], scNiche a démontré une performance globale supérieure à celle des autres méthodes. Il a également bien fonctionné sur les ensembles de données de transcriptomique spatiale unicellulaire du cerveau de souris. Une version modifiée de scNiche a été appliquée aux données humaines DLPFC [dee-ell-pee-ef-see] 10X Visium [viz-ee-um], une plateforme de transcriptomique spatiale à plus faible résolution, et a fonctionné de manière comparable à certaines méthodes de pointe. scNiche a également été testé sur un grand ensemble de données MERFISH [mer-fish] du cerveau entier de souris avec plus de 3 millions de cellules, identifiant 14 niches cellulaires alignées sur des coupes tissulaires séquentielles. Les niches identifiées par scNiche correspondaient avec précision aux différentes structures du cerveau de la souris. L’application de scNiche à un ensemble de données sur le cancer du sein triple négatif humain (TNBC) a permis d’identifier 13 niches cellulaires, largement classées en niches enrichies en tumeurs et en niches enrichies en immunité. Les niches enrichies en tumeurs étaient principalement enrichies dans les échantillons de sous-type mixte, tandis que les autres niches immunitaires étaient plus répandues dans les échantillons de sous-type compartimenté. Les 6 niches enrichies en immunité ont montré une composition cellulaire différentielle, correspondant à des microenvironnements distincts, notamment la structure lymphoïde tertiaire (TLS) [tee-ell-ess] et le microenvironnement stromal dans la tumeur. scNiche a également été appliqué à un ensemble de données de transcriptomique spatiale du foie de souris, identifiant 15 niches cellulaires, dont la majorité montre un enrichissement spécifique dans les foies normaux ou TD (Tsc1/Depdc5) [tee-dee]. Les 7 niches cellulaires enrichies dans les foies normaux présentaient une continuité spatiale, englobant les modèles de zonation de la veine centrale au nœud porte. Les résultats de scNiche ont révélé trois niches uniques dans les foies TD : Niche 4, Niche 9 et Niche 7. Ces niches étaient spatialement réparties du cœur à la périphérie des sites de lésion et d’inflammation, et étaient caractérisées par l’enrichissement d’une série de populations cellulaires émergentes, notamment les macrophages enflammés, les cellules progénitrices hépatiques (HPC) [aitch-pee-see], les cellules stellaires hépatiques activées (HSC-A) [aitch-ess-see-ay] et les hépatocytes lésés.