改進(jìn)單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)可視化的新方法

就像從針孔相機(jī)到寶麗來，對(duì)流行的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)可視化方法的公式的重要數(shù)學(xué)更新將允許研究人員開發(fā)單細(xì)胞基因表達(dá)的快照，不僅快幾倍，而且分辨率更高。發(fā)表于自然方法，耶魯數(shù)學(xué)家的這項(xiàng)創(chuàng)新將把百萬點(diǎn)單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)數(shù)據(jù)集的渲染時(shí)間從三個(gè)多小時(shí)縮短到僅十五分鐘。

科學(xué)家表示，現(xiàn)有的十年前方法，即分布式隨機(jī)鄰域嵌入(t-SNE)，非常適合用于表示在單一細(xì)胞水平上收集的RNA測(cè)序數(shù)據(jù)中的模式，scRNA-seq數(shù)據(jù)，二維。“在這種情況下，t-SNE'通過它們表達(dá)的基因組織細(xì)胞，并用于發(fā)現(xiàn)新的細(xì)胞類型和細(xì)胞狀態(tài)，”首席作者，耶魯大學(xué)博士生導(dǎo)師George Linderman說。專攻應(yīng)用數(shù)學(xué)的學(xué)生。

根據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，t-SNE非常慢。因此，在應(yīng)用t-SNE之前，研究人員經(jīng)常對(duì)其scRNA-seq數(shù)據(jù)集進(jìn)行“下采樣” - 從初始樣本中采集較小的樣本。然而，下采樣是一個(gè)糟糕的妥協(xié)，因?yàn)樗沟胻-SNE不太可能捕獲稀有細(xì)胞群，這通常是研究人員最想要識(shí)別的。

30多年前，另一支耶魯大學(xué)數(shù)學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)了快速多極方法(FMM)，這是一種革命性的數(shù)值技術(shù)，可加速計(jì)算n體問題中的遠(yuǎn)程力。本研究的研究人員認(rèn)識(shí)到，F(xiàn)MM背后的原理也可以應(yīng)用于非線性降維問題，如t-SNE和加速t-SNE，直到它獲得新名稱：FIt-SNE，或基于快速插值的t -SNE。

“使用我們的方法，研究人員不僅可以更快地分析單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)，而且還可以用來表征在t-SNE之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次采樣時(shí)無法檢測(cè)到的稀有細(xì)胞亞群，”Yuval Kluger說道。作者和耶魯病理學(xué)教授。此外，該團(tuán)隊(duì)對(duì)其FIt-SNE結(jié)果使用熱圖式可視化，這使研究人員可以輕松地同時(shí)查看數(shù)百個(gè)基因在單個(gè)細(xì)胞水平上的表達(dá)模式。

研究人員表示，2019年t-SNE獲得“FIt”的新年不會(huì)更好。2018年12月，“科學(xué)雜志”命名為逐個(gè)細(xì)胞跟蹤胚胎發(fā)育 - 如果沒有基于scRNA-seq數(shù)據(jù)的可視化 - 年度突破，則無法實(shí)現(xiàn)。研究人員表示，F(xiàn)It-SNE將加速這一發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域以及神經(jīng)科學(xué)和癌癥研究領(lǐng)域的進(jìn)一步工作，其中單細(xì)胞測(cè)序已成為繪制大腦和理解腫瘤的寶貴工具。

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