Spatial cellular architecture predicts prognosis in glioblastoma

胶质母细胞瘤 转录组 生物 计算生物学 生物信息学 基因表达 癌症研究 基因 遗传学
作者
Yuanning Zheng,Francisco Carrillo-Pérez,Marija Pizurica,Dieter Henrik Heiland,Olivier Gevaert
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41467-023-39933-0
摘要

Intra-tumoral heterogeneity and cell-state plasticity are key drivers for the therapeutic resistance of glioblastoma. Here, we investigate the association between spatial cellular organization and glioblastoma prognosis. Leveraging single-cell RNA-seq and spatial transcriptomics data, we develop a deep learning model to predict transcriptional subtypes of glioblastoma cells from histology images. Employing this model, we phenotypically analyze 40 million tissue spots from 410 patients and identify consistent associations between tumor architecture and prognosis across two independent cohorts. Patients with poor prognosis exhibit higher proportions of tumor cells expressing a hypoxia-induced transcriptional program. Furthermore, a clustering pattern of astrocyte-like tumor cells is associated with worse prognosis, while dispersion and connection of the astrocytes with other transcriptional subtypes correlate with decreased risk. To validate these results, we develop a separate deep learning model that utilizes histology images to predict prognosis. Applying this model to spatial transcriptomics data reveal survival-associated regional gene expression programs. Overall, our study presents a scalable approach to unravel the transcriptional heterogeneity of glioblastoma and establishes a critical connection between spatial cellular architecture and clinical outcomes.
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