hello彩倚，大家好者春，今天給大家分享一個(gè)新的內(nèi)容栅隐，基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析，文章在Modeling gene regulatory networks using neural network architectures屈糊，文章中提出的DeepSEM的榛，可以針對(duì)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，進(jìn)行基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)推斷逻锐，數(shù)據(jù)可視化和聚類夫晌，以及模擬數(shù)據(jù)生成，非常好的方法昧诱，值得大家借鑒和學(xué)習(xí)晓淀。
不同細(xì)胞類型中，基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)存在差異盏档，通過單細(xì)胞測(cè)序凶掰，可以找出這些差異。但由于單細(xì)胞數(shù)據(jù)中，不同細(xì)胞類型間的噪聲大懦窘，傳統(tǒng)的方法需要復(fù)雜校正前翎，而基于深度學(xué)習(xí)的方法，往往模型是一個(gè)黑箱奶赠，對(duì)其內(nèi)部運(yùn)行的細(xì)節(jié)知之甚少鱼填。而DeepSEM，能夠只基于單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)毅戈，不使用轉(zhuǎn)錄因子或單細(xì)胞 ATAC數(shù)據(jù)，就能完成基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的推斷愤惰。
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DeepSEM的算法架構(gòu)是一個(gè)beta變分自編碼器苇经，其中編碼器在經(jīng)過多層感知機(jī)降維之后，通過優(yōu)化編碼器的模擬數(shù)據(jù)和真實(shí)數(shù)據(jù)的誤差宦言，訓(xùn)練模型中的參數(shù)扇单，經(jīng)由編碼器，可得出基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠旺，經(jīng)由對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重的UMAP蜘澜。可得出單細(xì)胞數(shù)據(jù)的聚類及可視化响疚；而通過編碼器鄙信，可生產(chǎn)類似給定訓(xùn)練數(shù)據(jù)的模擬數(shù)據(jù)集，生成的模擬數(shù)據(jù)忿晕，可在數(shù)據(jù)集有限的情況下装诡，通過結(jié)合模擬數(shù)據(jù)，提升細(xì)胞類型分類模型的準(zhǔn)確性践盼，增強(qiáng)差異基因識(shí)別的準(zhǔn)確性鸦采。
在來自人類和小鼠的五個(gè)細(xì)胞系中，選取不同大小的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中咕幻，在已知調(diào)控網(wǎng)絡(luò)時(shí)渔伯，使用不同的標(biāo)準(zhǔn)集，DeepSEM的表現(xiàn)肄程，都優(yōu)于其它方法锣吼，而當(dāng)真集變?yōu)榧?xì)胞特異的chip-seq數(shù)據(jù)時(shí)，其相比非特異性chip-seq數(shù)據(jù)為真集時(shí)绷耍，效果更好
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- 注：使用不同數(shù)據(jù)吐限，將隨機(jī)預(yù)測(cè)得出的情況作為最差預(yù)測(cè)，通過顏色判斷推斷出的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)好壞褂始，圖中的數(shù)字越小诸典，模型預(yù)測(cè)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的邊和實(shí)際情況越接近。
使用表觀數(shù)據(jù)來驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)6個(gè)細(xì)胞的聚類分開狐粱，且不同細(xì)胞中舀寓，基因Rotb和Syt6預(yù)測(cè)的調(diào)控基因，其表達(dá)量都相對(duì)較高肌蜻，這進(jìn)一步說明了該方法預(yù)測(cè)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性方椎。
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之后凌净，該文論證了使用DeepSEM得出的低維度表征的有效性，相比其它方法得出的低維度表征，在由小鼠大腦揽趾，胚胎及外周血組成的數(shù)據(jù)集中，使用DeepDEM得出的表征甲捏，在可視化后細(xì)胞間分的更開含蓉，且ARI和MNI兩個(gè)量化指標(biāo)得分也更高。
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由于DeepSEM的運(yùn)行時(shí)間帮哈，會(huì)隨著轉(zhuǎn)錄組中基因數(shù)目的變化而增大膛檀，因此作者推薦輸入數(shù)據(jù)應(yīng)先篩選出高可變基因，而不是以全部轉(zhuǎn)錄組作為輸入娘侍】校考慮到基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在各類細(xì)胞中是相同的，該方法構(gòu)建的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)憾筏，可以作為隱空間嚎杨，用于單細(xì)胞數(shù)據(jù)的批次校正。同時(shí)踩叭，類似的方法磕潮，未來還可能應(yīng)用于更多類型的數(shù)據(jù)，例如轉(zhuǎn)錄組或染色質(zhì)開放性的測(cè)序數(shù)據(jù)上容贝。
示例代碼鏈接
數(shù)據(jù)聚類
網(wǎng)絡(luò)調(diào)控推斷
數(shù)據(jù)模擬
生活很好自脯，有你更好
