scNiche: новый инструмент для картирования клеточных ниш в тканях выявляет гетерогенность микроокружения опухоли

Новый вычислительный инструмент под названием scNiche [эсс-си-нич] предназначен для идентификации и характеристики клеточных ниш [нич-ез] в тканях, предлагая понимание микроокружения опухоли и других биологических систем. Инструмент интегрирует многомерные характеристики клеток, включая их молекулярные профили, молекулярные профили их окрестностей и клеточный состав их окрестностей. Он использует архитектуру нейронной сети множественного графового автоэнкодера (M-GAE) [эм-джи-эй-и] в сочетании с сетью слияния графов (GFN) [джи-эф-эн] для интеграции этих функций в совместное представление. Производительность scNiche была оценена по сравнению с существующими методами с использованием смоделированных и биологических наборов данных. Он был применен к наборам данных пространственной омики [о-микс] из трижды негативного рака молочной железы человека (ТНРМЖ) [ти-эн-би-си] по двум архетипическим подтипам (смешанный и компартментализированный) и печени мыши в нормальном состоянии и на ранних стадиях печеночной недостаточности. Инструмент идентифицировал клеточные ниши, специфичные для пациента или заболевания, и предоставил характеристику и интерпретацию этих ниш как с точки зрения клеточного состава, так и с точки зрения молекулярной экспрессии. В смоделированных данных scNiche превзошел десять существующих методов в точной идентификации клеточных ниш, даже когда качество данных ухудшалось из-за выпадения экспрессии генов или выпадения аннотации клеток. Исследования абляции показали, что характеристики со всех трех точек зрения (молекулярные профили клетки, молекулярные профили ее окрестностей и клеточный состав ее окрестностей) способствуют точной идентификации клеточных ниш. В реальных данных пространственной омики из селезенки мыши и уротелиальной карциномы верхних мочевыводящих путей человека (УТUC) [ю-так] scNiche продемонстрировал превосходную общую производительность по сравнению с другими методами. Он также хорошо себя показал на наборах данных пространственной транскриптомики отдельных клеток мозга мыши. Модифицированная версия scNiche была применена к данным человека DLPFC [ди-эл-пи-эф-си] 10X Visium [виз-и-ум], платформе пространственной транскриптомики с более низким разрешением, и показала сопоставимые результаты с некоторыми современными методами. scNiche также был протестирован на большом наборе данных MERFISH [мер-фиш] всего мозга мыши, содержащем более 3 миллионов клеток, идентифицируя 14 клеточных ниш, выровненных по последовательным срезам тканей. Ниши, идентифицированные scNiche, точно соответствовали различным структурам в мозге мыши. Применение scNiche к набору данных трижды негативного рака молочной железы человека (ТНРМЖ) позволило идентифицировать 13 клеточных ниш, широко классифицируемых как ниши, обогащенные опухолью, и ниши, обогащенные иммунитетом. Ниши, обогащенные опухолью, преимущественно обогащались в образцах смешанного подтипа, в то время как другие иммунные ниши были более распространены в образцах компартментализированного подтипа. 6 иммунообогащенных ниш показали дифференциальный клеточный состав, соответствующий различным микроокружениям, включая третичную лимфоидную структуру (TLS) [ти-эл-эс] и стромальное микроокружение в опухоли. scNiche также был применен к набору данных пространственной транскриптомики печени мыши, идентифицируя 15 клеточных ниш, причем большинство из них демонстрируют специфическое обогащение либо в нормальных печенях, либо в печенях TD (Tsc1/Depdc5) [ти-ди]. 7 клеточных ниш, обогащенных в нормальных печенях, демонстрировали пространственную непрерывность, охватывающую зоны от центральной вены до портального узла. Результаты scNiche выявили три уникальные ниши в печенях TD: ниша 4, ниша 9 и ниша 7. Эти ниши были пространственно распределены от ядра к периферии участков повреждения и воспаления и характеризовались обогащением ряда возникающих клеточных популяций, включая воспаленные макрофаги, печеночные клетки-предшественники (HPC) [эйч-пи-си], активированные печеночные звездчатые клетки (HSC-A) [эйч-эс-си-эй] и поврежденные гепатоциты.