scMagnify восстанавливает по снимкам отдельных клеток вероятную последовательность регуляции генов
scMagnify восстанавливает по снимкам отдельных клеток вероятную последовательность регуляции генов
17 октября в Nature Communications вышла статья о scMagnify — программе, которая по измерениям отдельных клеток строит вероятную последовательность событий, меняющих работу генов. Каждое измерение даёт отдельный снимок клетки, поэтому порядок переходов приходится восстанавливать по похожести состояний.
Одна клетка уже меняет программу работы генов, другая ещё сохраняет прежнее состояние. scMagnify ставит похожие состояния в псевдовремя — вычисленную последовательность переходов между клеточными состояниями. В такой последовательности модель проверяет, улучшает ли ранняя активность одного гена предсказание активности другого на следующих этапах.
Модель объединяет три типа данных. Вероятные переходы между клетками задают порядок состояний. Данные о доступности хроматина показывают, к каким участкам ДНК могут подойти белки, и сужают круг возможных связей. Затем программа сопоставляет раннюю активность транскрипционного фактора — белка, который включает или выключает гены, — с последующей активностью гена-мишени.
Модель проверяет несколько вариантов запаздывания: сигнал может появиться на соседнем или более дальнем участке вычисленной траектории. Затем она объединяет связи в модули — наборы факторов и генов-мишеней, которые активны на определённых этапах перехода клетки.
Авторы проверяли метод по ступеням. На искусственных данных с известной сетью генов можно сопоставить восстановленные связи с исходными. Затем scMagnify применили к двум наборам данных о кроветворении человека и к развитию эндокринной части поджелудочной железы мыши, сверили известные регуляторы и проверили устойчивость результата повторными запусками, подвыборками клеток и случайным удалением части измерений РНК.
В данных коры почки человека модель предложила цепочку от сигнала клеток микроокружения через рецепторы на поверхности эпителиальных клеток к факторам, которые меняют состояние этих клеток после повреждения. Такой список помогает выбрать пары сигналов и генов для следующей экспериментальной проверки.
Код scMagnify авторы выложили открыто. Метод даёт исследователям способ формулировать проверяемые гипотезы о том, какие регуляторные сигналы могли предшествовать смене состояния клетки.