一句話評(píng)價(jià)
通過(guò)動(dòng)態(tài)模型評(píng)估細(xì)胞瞬間狀態(tài)的RNA速度

文章信息
題目：Generalizing RNA velocity to transient cell states through dynamical modeling
雜志：bioRxiv
時(shí)間：Oct. 29,2019
鏈接: http://dx.doi.org/10.1101/820936.

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下圖是作者利用該方法對(duì)胰腺內(nèi)分泌發(fā)育構(gòu)建的動(dòng)態(tài)圖譜

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文章介紹：

這篇文章介紹了利用一個(gè)新的模型—動(dòng)態(tài)模型對(duì)細(xì)胞瞬間態(tài)的RNA速度（RNA velocity）進(jìn)行評(píng)估計(jì)算警检。關(guān)鍵詞動(dòng)態(tài)模型和RNA速度孙援，這里對(duì)動(dòng)態(tài)模型的算法和實(shí)現(xiàn)過(guò)程暫不詳細(xì)解釋，主要了解RNA速度的概念和應(yīng)用以及這篇文章中開(kāi)發(fā)的方法的優(yōu)點(diǎn)扇雕。

• RNA velocity的概念

  RNA velocity, 我直譯為RNA速度拓售，這一概念是18年由瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院的Sten Linnarsson和 Peter V. Kharchenko兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室提出的，相關(guān)研究成果發(fā)表Nature(2018, August, Nature)洼裤。RNA豐度是單個(gè)細(xì)胞狀態(tài)的一個(gè)有力指標(biāo)邻辉。單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)可以靈敏溪王、準(zhǔn)確地揭示RNA的豐度腮鞍。然而，這種方法僅能捕獲在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的靜態(tài)快照莹菱，使得分析隨著時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的現(xiàn)象面臨挑戰(zhàn)（如胚胎發(fā)生或組織再生）移国。這里他們提出的RNA速度（RNA velocity）—可以理解為通過(guò)對(duì)unspliced(nascent) 和spliced(mature) mRNA豐度的評(píng)估在時(shí)間維度上揭示轉(zhuǎn)錄本動(dòng)態(tài)變化的一個(gè)指標(biāo)。

  • RNA velocity應(yīng)用

    RNA velocity是一個(gè)轉(zhuǎn)錄本動(dòng)態(tài)變化的指標(biāo)道伟，能預(yù)測(cè)細(xì)胞未來(lái)的狀態(tài)變化迹缀。可以用于細(xì)胞分化蜜徽、譜系發(fā)育祝懂、腫瘤微環(huán)境中細(xì)胞成分的動(dòng)態(tài)變化等研究。張澤民老師實(shí)驗(yàn)室剛發(fā)表的肝癌免疫圖譜的文章中就有通過(guò)RNA velocity的分析揭示腫瘤微環(huán)境中巨噬細(xì)胞的遷移(2019,October,Cell) （張老師實(shí)驗(yàn)室用的是Scanpy方法分析的RNA velocity）拘鞋。

    • scVelo—以動(dòng)態(tài)模型對(duì)細(xì)胞瞬間態(tài)的RNA velocity進(jìn)行評(píng)估計(jì)算的方法

    回到這篇文章砚蓬，作者認(rèn)為現(xiàn)有的計(jì)算RNA velocity的模型在一些情況下存在不足，他稱這種模型為穩(wěn)態(tài)模型(steady-state model), 這種模型有個(gè)兩個(gè)基本的假設(shè)：即（i）在基因水平上盆色，所有具有轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)灰蛙、抑制和穩(wěn)態(tài)mRNA水平的完整剪接動(dòng)力學(xué)被捕捉到；（ii）在細(xì)胞水平上隔躲，所有基因具有共同的剪接率摩梧。但是，當(dāng)一個(gè)種群包含多個(gè)具有不同動(dòng)力學(xué)的異質(zhì)亞種群時(shí)宣旱，這些假設(shè)常常被違背仅父。

    所以，他們開(kāi)發(fā)的seVelo，一個(gè)基于似然的動(dòng)力學(xué)模型(likelihood-based dynamical model)驾霜，它解決了以上提出的全基因轉(zhuǎn)錄動(dòng)力學(xué)的問(wèn)題案训，從而將RNA速度估計(jì)推廣到瞬態(tài)系統(tǒng)和具有非均勻亞種群動(dòng)力學(xué)的系統(tǒng)。scVelo提供了兩種擴(kuò)展：一種是包含二階矩的隨機(jī)模型粪糙，另一種是捕獲全剪接動(dòng)力學(xué)的動(dòng)力學(xué)模型强霎。與scanpy也兼容。

    網(wǎng)址：scVelo: https://scvelo.org

    碎碎念

    評(píng)估科學(xué)研究的重要性通常有3方面：新的概念蓉冈、新的方法城舞、新的發(fā)現(xiàn)。18年Nature的那篇文章是提出了新的概念寞酿，這篇文章是開(kāi)發(fā)了新的方法家夺，我們還可以應(yīng)用新的概念和新的方法，為自己關(guān)注的領(lǐng)域帶來(lái)新的發(fā)現(xiàn)伐弹。

    相關(guān)文獻(xiàn)：

    • 2018, August, Nature, RNA velocity of single cells：DOI: 10.1038/s41586-018-0414-6

    • 2019, October,Cell,Landscape and Dynamics of Single Immune Cells in Hepatocellular Carcinoma. https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.10.003.