Inferring spatial single-cell-level interactions through interpreting cell state and niche correlations learned by self-supervised graph transformer

相关性 变压器 图形 计算机科学 人工智能 数学 理论计算机科学 工程类 电气工程 电压 几何学
作者
Xiao Xiao
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
被引量:2
标识
DOI:10.1101/2024.08.21.608964
摘要

Abstract Cell-cell interactions (CCI), driven by distance-dependent signaling, are important for tissue development and organ function. While imaging-based spatial transcriptomics offers unprecedented opportunities to unravel CCI at single-cell resolution, current analyses face challenges such as limited ligand-receptor pairs measured, insufficient spatial encoding, and low interpretability. We present GITIII, a lightweight, interpretable, self-supervised graph transformer-based model that conceptualizes cells as words and their surrounding cellular neighborhood as context that shapes the meaning or state of the central cell. GITIII infers CCI by examining the correlation between a cell’s state and its niche, enabling us to understand how sender cells influence the gene expression of receiver cells, visualize spatial CCI patterns, perform CCI-informed cell clustering, and construct CCI networks. Applied to four spatial transcriptomics datasets across multiple species, organs, and platforms, GITIII effectively identified and statistically interpreted CCI patterns in the brain and tumor microenvironments.
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