Deciphering tissue heterogeneity from spatially resolved transcriptomics by the autoencoder-assisted graph convolutional neural network

自编码 计算机科学 卷积神经网络 图形 聚类分析 模式识别(心理学) 人工智能 空间分析 深度学习 计算生物学 生物 理论计算机科学 数学 统计
作者
Xinxing Li,Wendong Huang,Xuan Xu,Hongyu Zhang,Qianqian Shi
出处
期刊:Frontiers in Genetics [Frontiers Media SA]
卷期号:14 被引量:3
标识
DOI:10.3389/fgene.2023.1202409
摘要

Spatially resolved transcriptomics (SRT) provides an unprecedented opportunity to investigate the complex and heterogeneous tissue organization. However, it is challenging for a single model to learn an effective representation within and across spatial contexts. To solve the issue, we develop a novel ensemble model, AE-GCN ( a uto e ncoder-assisted g raph c onvolutional neural n etwork), which combines the autoencoder (AE) and graph convolutional neural network (GCN), to identify accurate and fine-grained spatial domains. AE-GCN transfers the AE-specific representations to the corresponding GCN-specific layers and unifies these two types of deep neural networks for spatial clustering via the clustering-aware contrastive mechanism. In this way, AE-GCN accommodates the strengths of both AE and GCN for learning an effective representation. We validate the effectiveness of AE-GCN on spatial domain identification and data denoising using multiple SRT datasets generated from ST, 10x Visium, and Slide-seqV2 platforms. Particularly, in cancer datasets, AE-GCN identifies disease-related spatial domains, which reveal more heterogeneity than histological annotations, and facilitates the discovery of novel differentially expressed genes of high prognostic relevance. These results demonstrate the capacity of AE-GCN to unveil complex spatial patterns from SRT data.

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