Mosaic integration of spatial multiomic data based on hierarchical graph contrastive learning with SpatialMOSI

计算机科学 马赛克 空间分析 生物 图形 人工智能 数据集成 特征(语言学) 蛋白质基因组学 相关 忠诚 可视化 空间关系 模式识别(心理学)
作者
Peimeng Zhen,Han Shu,Bingtao Wang,Yongtian Wang,Jialu Hu,Jiajie Peng,Xuequn Shang,Tao Wang,Jing Chen
出处
期刊:Genome Research [Cold Spring Harbor Laboratory Press]
标识
DOI:10.1101/gr.281568.125
摘要

Spatial omic technologies have revolutionized tissue analysis by enabling multimodal molecular coprofiling within their native tissue context. Integrating multislice spatial multiomic data offers unprecedented opportunities to reconstruct three-dimensional (3D) tissue landscapes from multimodal molecular perspectives. However, current spatial omic integration methods remain narrowly focused on either vertical (cross-omic) or horizontal (cross-slice) integration, leaving a critical gap for a unified framework that simultaneously addresses both dimensions. Here we present SpatialMOSI, a unified framework for mosaic integration that concurrently resolves cross-modality and cross-section variations. At its core, SpatialMOSI employs a hierarchical graph contrastive learning (HiGCL) strategy that coordinates three integrative objectives: cross-omic alignment and fusion, cross-slice batch correction, and spatial microenvironment preservation. This approach operates on modality-specific latent representations while maintaining feature fidelity through decoding reconstruction. We demonstrate SpatialMOSI's versatility across multiple biological systems, accurately identifying spatially conserved domains, imputing missing omic layers, revealing B cell dynamics in germinal centers, delineating tumor-immune interactions, and reconstructing embryonic developmental trajectories. SpatialMOSI provides a critical computational foundation for constructing integrative 3D molecular atlases from complex multimodal spatial data sets.
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