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Cell2Fate轨迹分析怎么回事?

 

Cell2Fate是一种基于更现实的生物物理转录动力学模型的全贝叶斯RNA速度模型。cell2fate通过线性化常微分方程(ODE)与贝叶斯建模,将RNA速度解决方案分解为模块,显著提升了RNA速度分析的精度与可解释性,并首次实现了时间动态与空间组织的整合。

 

官网: https://github.com/BayraktarLab/cell2fate

 

 

1、分析原理

 

Cell2Fate是一种基于更现实的生物物理转录动力学模型的全贝叶斯RNA速度模型。cell2fate通过线性化常微分方程(ODE)与贝叶斯建模,将RNA速度解决方案分解为模块,显著提升了RNA速度分析的精度与可解释性,并首次实现了时间动态与空间组织的整合。

 

 

2、使用范围

 

可用于单细胞和空转数据的轨迹分析,空转数据利用cell2location把module当"参考细胞类型"反卷积到空转spot。

 

 

3、主要结果说明

 

img1

细胞特异性时间(cell-specific time)的后验估计结果

 

说明: 

左Time(hours)是细胞特异性时间的后验均值估计结果,这是模型基于剪接/未剪接RNA的动力学常微分方程(ODE)、通过贝叶斯推断为每个细胞估计出的发育或转录时间,单位通常被标定/转换为小时(hours)。右图Time Uncertainty(sd)是细胞特异性时间的后验标准差(不确定性),用于衡量模型对该细胞时间估计的不确定性。

 

img2

每个模块的激活水平(Module Activation)和激活状态(Module State)

 

说明: 

左图Module Activation(模块激活水平)展示细胞层面上各模块的激活强度分布。右图Module State(模块激活状态)展示细胞层面上各模块的激活状态分布。Induction(诱导/上调,浅绿)表示细胞中转录程序正在被逐步激活,ON(完全开启,亮绿)表示转录程序在当前细胞中已完全运行,Repression(抑制/下调,橙色)表示细胞中转录程序正在被关闭或衰减,OFF(关闭,灰色)表示细胞几乎不产生剪接转录本,处于静默状态。这里展示的是两个模块(Module 0和Module 1)

 

img3

推断的RNA速率流线图

 

说明: 

图中的箭头显示了细胞运动的方向和速率(从未剪切指向剪切,箭头的长度和密度反映转录动态的强度,短或无箭头可能是稳态群体),不同颜色代表不同细胞类型或状态,从图中可以观察到细胞分化的轨迹和方向。

 

PS: 如果用官网数据及步骤未得到与官网一致的结果,需要调整模型参数。

 

img4

 

说明: 每行代表一个模块,依次是模块名、模块驱动基因排序、模块转录因子排序、GO富集条目排序。

 

 

4、文献解读

 

这篇文献中作者提出了一种名为cell2fate的新方法,通过线性化常微分方程(ODE)与贝叶斯建模,显著提升了RNA速度分析的精度与可解释性,并首次实现了时间动态与空间组织的整合。

 

img5

img6

(a)是十种方法在五个数据集上重建已知轨迹的表现。显示的是CBDir3,正值对应正确的谱系重建,cell2fate在大部分数据中表现优异。(b-d)展示了一些具有特定挑战的数据集的例子,包括成熟细胞类型的弱信号(OPC,少突胶质细胞前体细胞;OL,少突胶质细胞)(b)和复杂的转录率动态(c,d)。(d)推断出的两个选定基因的转录率。(e)来自cell2fate的细胞特异性时间估计。(f)后验时间的标准差可以作为不确定性度量,用于评估数据集对cell2fate分析的适用性。

 

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