干細胞先驅：助力單細胞RNA-seq的統計法
日期：2015-08-27 08:52:28
以精確的定時模式表達的基因，被稱為振蕩基因，在細胞分裂、晝夜節律和肢體形成這樣的發育功能中，起著重要的作用。但是，因為我們不能對基因表達進行定時的觀察，因此，這些基因在很大程度上是未被發現的。
最近，美國Morgridge研究所和威斯康星-麥迪遜大學的科學家們開發出一種算法，提供了一種新的方法，來識別振蕩基因的動力學，并首次確定了這些早期發育力量的作用。
這項研究發表在八月二十四日的《Nature Methods》，描述了這種新的統計方法，稱為“Oscope”，有助于在單細胞RNA測序實驗中確定振蕩基因。Oscope的關鍵是，檢測來自非同步化群體的細胞，這些細胞處于不同的發育狀態。
用傳統的RNA測序技術來研究振蕩基因，要求研究人員“選擇”僅僅一個已知的振動系統，并對本系統執行同步化。這一步驟掩蓋了其他任何系統的振蕩信號。
本文共同作者、Morgridge研究所計算生物學家冷寧（音譯，Ning Leng）說：“在這項研究中，我們研究了非同步化的單細胞數據，因此沒有振蕩系統受到干擾。這使我們能夠發現未知的振蕩信號。”
Oscope可識別獨立組的循環基因，并捕獲每一組的一個“基本周期”，從而提供了一種實用的方法，來分析發揮周期作用的不同類型的基因。這項技術可以為處于基本發育核心的基因，打開新的研究途徑。
Oscope誕生于一項多學科的合作研究。為了解決這個問題，需要將UW-Madison生物統計學和醫學信息學系Christina Kendziorski教授的統計學專業知識，與Morgridge研究所干細胞研究先驅James Thomson的干細胞優勢結合起來。
Chu說：“我們認為，這是了解振蕩基因及其與發育過程之間的關系的第一步。最有趣的問題是，基因調控網絡如何調節基因表達？這些信號如何以一種適時的方式協調，來執行一項發育任務？Thomson實驗室的目標是，建立一個強大的系統，檢測對于發育過程很重要的時間相關基因。”
研究最充分的振蕩基因是與晝夜節律鐘相關的，晝夜節律鐘基于光照，并在24小時內嚴格調節著新陳代謝和細胞增殖。
Chu說，這對疾病也有深遠影響，最值得注意的是癌癥，在這種疾病中，正常的細胞分裂的時間被劫持，細胞增殖失控。Oscope技術可能識別遺傳周期和疾病之間的其他關系。
單細胞RNA測序是獲取基因表達快照的一種非常強大的工具，但是隨著時間的推移，它就不那么容易跟蹤一個細胞。Oscope采用高分辨率的快照數據，來識別可能隨時間變化的不同基因群。
Chu說：“我們需要綜合許多細胞之間的平均信號，以獲得整體情況，我們也需要單細胞分辨率的技術，來比較兩者，找出哪些信號可能代表真正的生物變量。這些數據分析是非常具有挑戰性的，需要新的算法（如Oscope），來執行這些復雜的任務。”
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