Disséquer la progression coordonnée des états cellulaires en transcriptomique spatiale avec CoPro

Résumé La transcriptomique spatiale permet d'étudier comment les cellules coordonnent leurs états moléculaires au sein des tissus, fournissant des informations à la fois sur la fonction normale et les processus pathologiques. Un défi majeur est d'identifier les programmes d'expression génique qui varient de manière continue dans l'espace et sont coordonnés entre les types cellulaires. Nous présentons CoPro, un cadre computationnel pour détecter la progression spatialement coordonnée des états cellulaires. CoPro peut fonctionner à la fois en modes supervisés et non supervisés pour identifier les programmes géniques qui co-varient à l'intérieur ou entre les types cellulaires, et pour démêler les multiples motifs spatiaux qui se chevauchent. CoPro peut être appliqué aux ensembles de données de transcriptomique spatiale au niveau des cellules uniques, y compris MERFISH, SeqFISH+, Xenium et les données transcriptomiques imputées en histologie. Nous démontrons l'utilité de CoPro avec des données collectées à partir de tissus de colon, de cerveau, de foie et de rein. Dans le côlon, CoPro sépare la différenciation épithéliale le long de l'axe des cryptes des signaux inflammatoires spatialement localisés. Dans le foie vieillissant, il identifie plusieurs programmes cellulaires associés au vieillissement superposés à la zonation anatomique. Dans le cerveau, la conception flexible du noyau permet le découplage du gradient d'expression génique le long des axes dorso-ventral et média-latéral. Dans le rein, CoPro identifie la coordination tubule-vasculaire qui est essentielle au fonctionnement du néphron. Ces résultats démontrent l'utilité de CoPro pour analyser la coordination spatiale de l'expression génique dans des tissus complexes et démêler les processus biologiques qui se chevauchent, tels que l'organisation anatomique et la variation associée aux maladies.