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10X空间转录组数据的结果说明(5)之Visium HD网页报告解读三
方老师小课堂




前言


上一期我们说了Visium HD网页报告中的Summary,这次我们来讲下剩下三个部分:Image Alignment、Bin-Level Metrics和Cell Segmentation。


Image Alignment


这里主要是关于图像处理和对齐的信息。
Tissue Detection and Fiducial Alignment
这里展示的是组织框选区域和对齐情况。在这里可以看到CytAssist表达实验过程中图像与检测到的组织重叠情况,框选的正方形区域就是最终分析的空转数据区域(蓝色区域是实际检测到的区域),这个区域选择是和组织形态学密切结合的,需要结合生物学背景情况选择。
注意:当我们对齐后,可以看到这个框选的方框边缘的形状,方框四个脚正常情况下对齐后理论上应该是:
正方形:左上角
六边形:右上角
三角形:左下角
圆圈:右下角

CytAssist to Microscope Image Alignment
这里存放的是CytAssist表达实验过程中与显微镜图像对齐的情况。最下方的滑块可以拖动,确定显微镜图像和CytAssit表达实验图像之间的对齐情况,主要是看其边缘的边界和形态特征是否对齐。

Total UMI Count to Image Alignment
这个就是和Summary报告中展示一样,与图像匹配对齐的UMI总数。
每8µm bin的总UMI计数映射到空间位置,评估不组织检测和对齐情况。
下方图图中,用每个点的颜色,来展示了对齐到组织上的UMI数量。可以调节色标和不透明度,来检查对齐质量。


Bin-Level Metrics


bins水平下的一些指标展示
Bin Metrics Overview

Bin Size (µm):
展示不同分辨率bins:这里表中是8µm和16µm
Number of Bins Under Tissue:
不同分辨率bins下的组织含有的spot总数。
Mean UMI Counts per Bin:
不同分辨率bins下的组织的UMI均值。
Mean Genes per Bin:
不同分辨率bins下的组织的Genes均值。
Clustering
spaceranger也会跑降维聚类的情况,给大家展示下具体聚类的情况,以评估样本的细胞类型多样性是否符合预期。这里展示不用分辨率bins下聚类的数字分群结果映射到空间位置和umap降维上的结果。这里是可以选择8µm和16µm分辨率bims下的结果进行查看。

Top Features by Cluster (Log2 fold-change, p-value)
这个展示了各个数字分群的差异基因表格,其中ID是每个基因的Ensemble ID,Name是基因的symbol。L2FC是是每个数字分群中表达与其他数字分群间比较,该基因表达的 log2 比率。值为 1.0 表示该数字分群与其他数字分群相比,该数字分群的表达量增加了 2 倍。p 值是表达差异统计显著性的度量(已经做过Benjamini-Hochberg多重检验校准后),是基于负二项式检验。


Cell Segmentation


Cell Segmentation Metrics
这里同之前summary一样,展示的是空间切片框选区域按分割方法鉴定Cell进行统计Cell的各个指标情况。

Number of Cells:
大于等于1的unique的UMI的Cells数目
Reads in Cells:
每个cell的reads数目与整体实验的reads数目占比
UMIs in Cells:
每个cell的UMI占比
Mean Reads per Cell:
中位reads数目
Median Genes per Cell:
中位基因数目
Median UMIs per Cell:
中位UMI数目
Median Cell Area (μm²):
中位cell占据区域大小,是通过计算各个cell按分割鉴定2平方微米方格的占据格子数目情况来计算的。
Median Nucleus Area (μm²):
中位nucleus占据区域大小,是通过计算各个nucleus按分割鉴定2平方微米方格的占据格子数目情况来计算的。
Maximum Nucleus Diameter (pixels):
以像素单位检测到Nucleus的最大可能直径。

Cell Segmentation


这里展示了spaceranger所做的聚类降维后的数字分群映射到空间位置的情况。
可以通过控制左上角Tissue image、Segmentatio和Clusters勾选,可以看下聚类结果与HE染色呈现的组织病理结构的吻合程度,吻合程度越高,提示数据质量越好。

Cell Size Distribution
Cell区域统计的Cell数目统计直方图。是根据2μm²的分辨率bins下相加计算得出。

cUMAP of Segmented Cells
基于cell下的降维分群情况。

Genes per Cell
与Cell Size Distribution同理,这是展示的每个cell的基因和细胞数目的统计直方图。

UMIs per Cell
与Cell Size Distribution同理,这是展示的每个cell的UMI和细胞数目的统计直方图。

Top Features by Cluster (Log2 fold-change, p-value)
与之前Bin-Level Metrics内相似,这个展示了cell分辨率下各个数字分群的差异基因表格,其中ID是每个基因的Ensemble ID,Name是基因的symbol。L2FC是是每个数字分群中表达与其他数字分群间比较,该基因表达的 log2 比率。值为 1.0 表示该数字分群与其他数字分群相比,该数字分群的表达量增加了 2 倍。p 值是表达差异统计显著性的度量(已经做过Benjamini-Hochberg多重检验校准后),是基于负二项式检验。


关于空间转录组数据和组织形态学结构吻合的补充


本次将Visium HD网页报告剩余部分介绍给大家了,基于图像和不同bins分辨率的情况,还有基于软件鉴定Cell分辨率基础上的结果。
注意大家需要留意的是图像对齐组织形态结构的情况,一些鉴定的聚类和HE染色的组织形态结构是否吻合,以评估是否存在一定组织脱片的情况。
UMI表达分布是否符合组织表达预期,这个需要一定的生物学背景结合,举例:对于肿瘤组织而言,组织染色致密的往往是癌细胞区域,其通常表达量高,UMI分布应该比较高,相反细胞稀疏的平滑肌区域、成纤维细胞区域通常表达量低,其UMI分布应该比较低。
HE染色和检测区域的吻合程度判定一定要注意,需要结合生物学背景看,想这些框选区域,需要结合显微镜下的片子情况来看,可以看到显微镜下本身就是存在一堆空泡区域,这种不一定是脱片引起的,也可能本身组织结构存在一定间隙情况,具体情况需要结合组织的真实结构来判读。一般来说如果显微镜下结构存在,而该地方UMI和聚类结果没有,这个区域温和程度不高,可能该位置产生了脱片情况。如果脱片的这区域不是非常多,还可以接受,如果大面积UMI分布很低,那么可能需要考虑重做了。
下方是一些示例帮助大家理解:举例框选区域不一定就是细胞结构,因此没有UMI分布是可能正常的情况。所以需要大家根据众多对齐的结果和生物学背景综合判读,无法一概而论。



后记


spaceranger的结果比较复杂,理解起来需要有一定组织形态学、生理学和病理学的知识,实际形态和检测结果区域温和程度需要综合研判,评估脱片情况。尺度把握也是比较麻烦,还是以你实际研究目的出发,如果显微镜下细胞结构存在,而这个区域没有检测UMI分布没有,可以考虑不同分辨率调整看下,UMI分布是否改善,如果不同分辨率无法改善,此时,需要考虑这类区域发生的比例,如果大面积的细胞结构都没有UMI分布,脱片严重,该片子在实验端捕获存在异常情况,可能需要改善空转实验条件,或者使用增强组织和破片吸引度的防脱片的玻片来做空转。
说了这么多,下一期我们继续讲spaceranger后续结果文件的解读,大家多多关注!
END
策划:ZZJ & MultiBioLab
责编:ZZJ & MultiBioLab
一审:史芸轩
二审:赵志杰


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