算法擴(kuò)展了科學(xué)家可以從單個(gè)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容

2021年7 月 1 日——一種新的軟件工具可以幫助研究人員進(jìn)一步利用單細(xì)胞 RNA 測(cè)序 (scRNA-seq) 數(shù)據(jù)，通過(guò)將生物學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)納入分析來(lái)了解有關(guān)單個(gè)細(xì)胞的更多信息。6 月 30 日在Genome Research 中詳細(xì)介紹的機(jī)器學(xué)習(xí)算法可用于預(yù)測(cè)哪些轉(zhuǎn)錄因子在單個(gè)細(xì)胞中最為活躍。

人類細(xì)胞內(nèi)有數(shù)百種轉(zhuǎn)錄因子，可能需要數(shù)年的反復(fù)試驗(yàn)研究才能確定特定細(xì)胞類型中哪些是開(kāi)啟或關(guān)閉的。這是重要的信息，因?yàn)檫@些蛋白質(zhì)可以用作潛在的藥物靶點(diǎn)。

先前用于推斷轉(zhuǎn)錄因子活性的方法是基于編碼轉(zhuǎn)錄因子的信使 RNA (mRNA)。這些策略可能不能代表真正的生物學(xué)功能，因?yàn)檗D(zhuǎn)錄因子的活性通常在翻譯后水平進(jìn)行調(diào)節(jié)，而轉(zhuǎn)錄因子的關(guān)鍵變化可能無(wú)法在 mRNA 水平上檢測(cè)到。

ScRNA-seq 是研究細(xì)胞間轉(zhuǎn)錄組異質(zhì)性的有力工具。然而，由于整合生物背景數(shù)據(jù)的困難，基于這些數(shù)據(jù)闡明細(xì)胞的潛在生物學(xué)功能和調(diào)控機(jī)制(即轉(zhuǎn)錄因子活性或基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò))具有挑戰(zhàn)性。

scRNA-seq 的大多數(shù)應(yīng)用都集中在空間生物學(xué)上，其目的是根據(jù)低維空間中單個(gè)細(xì)胞的接近程度來(lái)識(shí)別細(xì)胞簇。然而，這種分析沒(méi)有考慮到生物學(xué)功能，也沒(méi)有幫助研究人員揭示細(xì)胞亞群中的調(diào)節(jié)機(jī)制。

“該領(lǐng)域的一個(gè)挑戰(zhàn)是，相同的基因可能在一組細(xì)胞中‘開(kāi)啟’，但在同一器官內(nèi)的不同組細(xì)胞中‘關(guān)閉’，”該研究中心的教授 Jalees Rehman 博士說(shuō)。伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校醫(yī)學(xué)院。“能夠了解單個(gè)細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄因子的活性將使研究人員能夠研究主要器官(如心臟、大腦或肺)的所有主要細(xì)胞類型的活性譜。”

為了解決先前 scRNA-seq 分析策略的局限性，由 Rehman 和該大學(xué)生物信息學(xué)副教授 Yang Dai 博士領(lǐng)導(dǎo)的伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校研究人員團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了貝葉斯推理轉(zhuǎn)錄因子活動(dòng)模型 (BITFAM)。

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