Abstract Spatially resolved transcriptomics (SRT) technologies acquire gene expressions and spatial information simultaneously, reshaping the perspectives of life sciences. Identifying spatial patterns is essential for exploring organ development and tumor microenvironment. Nevertheless, emerging SRT technologies have also introduced diverse spatial resolutions, posing challenges in characterizing spatial domains with finer resolutions. Here we propose a hypergraph-based method, termed HyperSTAR to precisely recognize spatial domains across varying spatial resolutions by utilizing higher-order relationships among spatially adjacent tissue programs. Specifically, a gene expression-guided hyperedge decomposition module is incorporated to refine the structure of the hypergraph to precisely delineate the boundaries of spatial domains. A hypergraph attention convolutional neural network is designed to adaptively learn the significance of each hyperedge. With the power of capturing intricate higher-order relationships within spatially neighboring multi-spots/cells, HyperSTAR demonstrates superior performance across different technologies with various resolutions compared to existing advanced graph neural network models in multiple tasks including uncovering tissue sub-structure, inferring spatiotemporal patterns, and denoising spatially resolved gene expressions. It successfully reveals spatial heterogeneity in breast cancer section and its findings are further validated through functional and survival analyses of independent clinical data. Notably, HyperSTAR performs well with diverse spatial omics data types and seamlessly extends to large-scale datasets.

Summary Bax proteins form pores in the mitochondrial outer membrane to initiate apoptosis. They may embed in the cytosolic leaflet of the lipid bilayer generating tension to induce a lipid pore with radially arranged lipids forming the wall. Alternatively, they may comprise part of the pore wall. However, there is no unambiguous structural evidence for either hypothesis. Using NMR, we determine a high-resolution structure of the Bax core region that forms a dimer with the nonpolar surface covering the lipid bilayer edge and the polar surface exposed to water. The dimer tilts from the bilayer normal, not only maximizing nonpolar interactions with lipid tails but creating polar interactions between charged residues and lipid heads. Structure-guided mutations demonstrate the importance of both protein-lipid interactions in Bax pore assembly and core dimer configuration. Therefore, the Bax core dimer forms part of the proteolipid pore wall to permeabilize mitochondria.