서로 다른 공간 오믹스 자료를 연결하는 과제

공간 다중오믹스 분석 도구 SpaMosaic이 측정 항목이 일부만 겹치는 데이터를 통합하고 누락된 항목을 추정하는 방법을 제시했다. Nature Genetics에 게재된 연구에서 연구진은 시뮬레이션과 여러 조직의 실험 데이터로 공간 영역 식별 성능을 평가했다. 서로 다른 기술과 조건에서 얻은 자료를 연결해 종합적인 조직 지도를 만드는 것이 연구의 목표다.

공간 오믹스는 조직 내 위치와 분자 정보를 함께 다룬다. 데이터마다 RNA·단백질·후성유전체 등 측정 항목인 모달리티의 구성이 다르면 자료를 연결하기 어렵다. 일부 항목만 겹치는 데이터를 결합하는 ‘모자이크 통합’이 필요한 이유다. 측정 배치에 따른 차이를 보정하는 작업도 통합 분석의 과제다.

공간 영역 식별과 누락 정보 추정을 함께 수행

SpaMosaic은 대조학습과 그래프 신경망으로 모달리티에 종속되지 않고 배치 효과를 보정한 잠재공간을 구성한다. 여러 데이터의 특징을 공통으로 표현하는 이 공간을 공간 영역 식별과 누락 모달리티 추정에 활용하는 방식이다.

비교 평가에는 시뮬레이션 자료와 뇌·배아·편도·림프절의 실험 데이터가 포함됐다. 측정 항목은 RNA와 단백질의 양, 염색질 접근성, 히스톤 변형에 걸쳐 있다. 이는 평가에 포함된 데이터의 범위이며, 모든 조직에서 모든 항목을 함께 측정했다는 뜻은 아니다.

연구진은 SpaMosaic이 잡음과 배치 효과를 줄여 일관된 공간 영역을 식별하는 데 기존 통합 방법보다 우수했다고 보고했다. 기술, 발달 단계, 공간 해상도와 모달리티 구성이 다른 실제 데이터에서도 세밀한 해부학적 구조를 구분했으며, 생쥐 배아의 종합적인 공간 지도 구축에 활용됐다. 다만 확보된 초록에는 비교 방법명이나 성능 개선율이 제시되지 않았다.

생쥐 뇌의 모자이크 데이터에서는 누락된 히스톤 변형을 추정했다. 추정 결과는 전사체와 후성유전체 사이에 예상되는 상관관계를 재현했으며, 측정된 염색질 접근성 데이터보다 영역 특이적인 조절 연관성을 더 많이 포착했다고 연구진은 설명했다. 이 결과는 서로 다른 모달리티를 함께 측정하지 않은 자료에서도 관계를 탐색할 가능성을 보여준다. 다만 추정된 조절 연관성은 인과 기전의 입증과 구분해야 한다.

대규모 조직 지도 구축의 가능성과 검증 과제

처리 규모도 평가했다. 연구진은 100개가 넘는 절편을 통합하고, 별도로 80만 개가 넘는 스폿을 포함한 단일 절편을 처리할 수 있다고 보고했다. 스폿은 공간 측정 지점을 뜻하며 이 수치를 세포 수로 해석해서는 안 된다. 초록에는 처리 시간과 메모리 사용량, 필요한 하드웨어가 제시되지 않았다.

SpaMosaic은 이질적인 공간 오믹스 자료를 연결해 조직 구조와 분자 특성을 함께 탐색할 분석 틀을 제시한다. 누락 항목의 추정 결과는 후속 실험에서 살펴볼 조절 연관성 후보를 찾는 데 활용할 여지가 있다. 실제 적용에서는 추정 결과의 검증이 과제로 남는다. 이번 연구는 계산 방법의 성능과 활용을 평가했으며, 진단 개선이나 치료 효과를 검증한 연구는 아니다.

연구의 방법과 주요 결과는 Europe PMC에 수록된 논문 초록에서 확인할 수 있다.