新工具可以大規(guī)模分析單細胞

基因組調(diào)控中心(CNAG-CRG)國家基因中心的霍爾格海恩領(lǐng)導(dǎo)的新研究提出了一個復(fù)雜的計算框架，可以分析單細胞的基因表達水平，并可以擴展到處理數(shù)百萬個單細胞。發(fā)表在科學(xué)期刊《基因組研究》 (Genome Research)上的最新研究成果首次展示了一種可以分析如此大規(guī)模單細胞RNAseq數(shù)據(jù)集的工具。這大大拓展了單細胞基因組研究的范圍。

人體內(nèi)的所有細胞都有相同的基因組，但由于基因表達，每個細胞在組織或器官中可能會變得特異。全世界的科學(xué)家都在研究一種細胞與另一種細胞的區(qū)別?；蚪M研究目前面臨的挑戰(zhàn)之一是分析許多單個細胞，以發(fā)現(xiàn)和識別這些差異。利用單細胞RNA測序分析單細胞對于迎接這一挑戰(zhàn)非常重要，它徹底改變了我們對組織、器官和生物體復(fù)雜性的認識。通過一次觀察一個細胞的基因表達，科學(xué)家現(xiàn)在可以以前所未有的分辨率描述樣本的異質(zhì)性，而無需事先知道其組成。

因此，一個大規(guī)模的單細胞項目導(dǎo)致了對以前未知的細胞類型的鑒定，并繪制了生物的全面細胞圖。在“人類細胞圖譜”項目的框架內(nèi)，研究人員旨在創(chuàng)建一個組成人體的所有細胞類型的圖譜。然而，這種研究產(chǎn)生了大量的測序數(shù)據(jù)，分析大數(shù)據(jù)集是一個重大挑戰(zhàn)。

一組CNAG-CRG科學(xué)家與來自龐貝法布拉大學(xué)(UPF)和錫伯大學(xué)的研究人員合作，開發(fā)了一個高效的計算框架，可以處理、分析和解釋這樣的大規(guī)模單細胞實驗。該團隊通過分析一項最大的單細胞研究展示了其策略的力量，該研究在發(fā)育中的小鼠大腦中有130萬個單細胞。

CNAG-CRG研究小組負責人、這項研究的資深作者Holger Heyn說：“BigSCale在識別細胞類型特異性基因方面非常強大，這極大地有助于解釋下游實驗。”名為“BigSCale”的分析工具的新穎之處在于可以靈敏地確定單個細胞之間差異的數(shù)值模型。在畫出細胞之間的差異后，可以將它們分成一組細胞來描述給定組織的細胞復(fù)雜性。由于幾乎所有的組織都由不同的細胞類型和亞型組成，這種分析可以在沒有初始假設(shè)的情況下指導(dǎo)無偏的深入表征。

此外，該工具旨在應(yīng)對大型數(shù)據(jù)集的未來挑戰(zhàn)。Heyn博士補充說：“獲得單細胞譜的成本正在降低，我們正在研究增加細胞數(shù)量的研究?！痹谶@方面，BigSCale工作流中的模塊可以通過方向卷積策略分析數(shù)百萬個單元。這里，來自相似細胞的單細胞轉(zhuǎn)錄組被合并到索引細胞中，這大大減少了要處理的數(shù)據(jù)量。

在新工具的幫助下，該團隊分析了130萬個細胞中最大的單細胞基因表達數(shù)據(jù)集之一，該數(shù)據(jù)集可從10x基因組公司公開獲得。這項研究的第一作者喬瓦尼雅科諾評論說：“BigSCale使我們能夠深入研究小鼠大腦的發(fā)育過程，甚至能夠表征罕見類型的神經(jīng)元細胞?！本唧w來說，大量的細胞使該團隊能夠擴大一個名為Cajal-Retzius細胞的小型瞬時細胞群，并描述與不同分化階段、空間組織和細胞功能相關(guān)的主要子結(jié)構(gòu)。Heyn博士解釋說：“BigSCale框架幾乎可以為任何物種提供強大的解決方案，甚至可以應(yīng)用在RNA測序的背景之外。”我們補充說，“我們希望這個框架將有助于解釋大規(guī)模的研究，

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