異なる空間オミクスデータをつなぐ課題

空間マルチオミクス解析ツールSpaMosaicは、測定項目が一部しか重ならないデータを統合し、欠損項目を推定する方法を提示した。Nature Geneticsに掲載された研究で、研究チームはシミュレーションと複数組織の実験データを用いて、空間領域の識別性能を評価した。異なる技術や条件で得られたデータをつなぎ、包括的な組織マップを作成することが研究の目的だ。

空間オミクスでは、組織内の位置情報と分子情報を合わせて扱う。RNA、タンパク質、エピゲノムなどの測定モダリティの構成がデータごとに異なると、データ同士をつなぐのが難しくなる。一部の項目だけが重なるデータを組み合わせる「モザイク統合」が必要なのはこのためだ。測定バッチによる差を補正することも、統合解析の課題となる。

空間領域の識別と欠損情報の推定

SpaMosaicは、対照学習とグラフニューラルネットワークを用いて、モダリティに依存せず、バッチ効果を補正した潜在空間を構築する。複数データの特徴を共通の表現にまとめたこの空間を、空間領域の識別と欠損モダリティの推定に利用する。

比較評価には、シミュレーションデータと、脳、胚、扁桃、リンパ節の実験データが含まれた。測定項目はRNAとタンパク質の量、クロマチンアクセシビリティ、ヒストン修飾にわたる。これは評価に含まれたデータの範囲を示すもので、すべての組織で全項目を同時に測定したという意味ではない。

研究チームは、SpaMosaicがノイズとバッチ効果を低減し、一貫した空間領域を識別する点で既存の統合手法を上回ったと報告した。技術、発生段階、空間解像度、モダリティ構成が異なる実データでも微細な解剖学的構造を区別し、マウス胚の包括的な空間マップ構築に活用された。ただし、入手できる抄録には比較対象の手法名や性能の改善率は記載されていない。

マウス脳のモザイクデータでは、欠損していたヒストン修飾を推定した。研究チームによると、推定結果はトランスクリプトームとエピゲノムの間で予想される相関を再現し、測定済みのクロマチンアクセシビリティデータより多くの領域特異的な制御上の関連性を捉えた。この結果は、異なるモダリティを同時に測定していないデータでも関係性を探れる可能性を示す。ただし、推定された制御上の関連性は、因果メカニズムの立証とは区別する必要がある。

大規模な組織マップ構築の可能性と検証課題

処理規模も評価された。研究チームは、SpaMosaicが100枚を超える切片を統合でき、また別途、80万を超えるスポットを含む単一切片も処理できると報告した。スポットは空間測定の位置を指し、この数値を細胞数と解釈してはならない。抄録には処理時間、メモリ使用量、必要なハードウェアは示されていない。

SpaMosaicは、異質な空間オミクスデータをつなぎ、組織構造と分子特性を合わせて探索するための解析枠組みを提示する。欠損項目の推定結果は、後続の実験で調べる制御上の関連性の候補を見つけるのに役立つ可能性がある。実際に利用するには、推定結果の検証が課題として残る。本研究は計算手法の性能と活用例を評価したもので、診断の改善や治療効果を検証した研究ではない。

研究手法と主な結果は、Europe PMCに収載された論文抄録で確認できる。