InSTAnT·细胞内空间转录组学分析包

InSTAnT 是一个专为 单分子分辨率空间转录组数据（如 MERFISH、seqFISH、Xenium） 设计的分析框架，目标是在亚细胞尺度上定量识别基因间的空间共定位模式（colocalization patterns），并推断其在细胞层面的功能关系。

算法流程：

Step 1：输入数据

输入为单分子分辨率空间转录组数据表，包含：

• 每个 RNA 分子的空间坐标 (x, y, z)；

• 所在细胞的标识信息。

Step 2：计算基因对的空间接近度

对每对基因 (A, B)，在每个细胞内：

• 计算 A 分子与最近的 B 分子之间的距离；

• 若距离小于阈值 d（通常 1–4 µm），记为一次“接近事件”；

• 统计该事件在所有细胞中的出现频率。

Step 3：建立空间随机模型（Permutation Test）

为了判断“接近”是否超出随机期望：

• 在保持每个细胞 RNA 数量与形状不变的前提下，随机打乱基因标签；

• 重复多次生成空模型分布；

• 计算观测值的 p 值，严格控制假阳性。

Step 4：定义 Proximal Pair (PP)

若基因对 (A, B) 在多细胞中反复显著“靠近”（FDR < 0.05），

则定义为 Proximal Pair（PP） ——

代表该基因对的转录本在细胞内具有空间共定位倾向。

Step 5：定义 Conditional Proximal Bias (CPB)

在特定条件下（如细胞类型、亚细胞区域或表型）进一步检验：

• A 与 B 的靠近是否显著增强或减弱；

• 若显著增强，则定义为 Conditional Proximal Bias (CPB)。

参考：Nature Communications volume 15, Article number: 7794 (2024)