RNA速度-RNA velocity是什么

一句话评价
通过动态模型评估细胞瞬间状态的RNA速度

文章信息
题目:Generalizing RNA velocity to transient cell states through dynamical modeling
杂志:bioRxiv
时间:Oct. 29,2019
链接: http://dx.doi.org/10.1101/820936.

figure
下图是作者利用该方法对胰腺内分泌发育构建的动态图谱

[图片上传失败...(image-841892-1573929525840)]

文章介绍:

这篇文章介绍了利用一个新的模型—动态模型对细胞瞬间态的RNA速度(RNA velocity)进行评估计算。关键词动态模型和RNA速度,这里对动态模型的算法和实现过程暂不详细解释,主要了解RNA速度的概念和应用以及这篇文章中开发的方法的优点。

  • RNA velocity的概念

    RNA velocity, 我直译为RNA速度,这一概念是18年由瑞典卡罗林斯卡医学院的Sten Linnarsson和 Peter V. Kharchenko两个实验室提出的,相关研究成果发表Nature(2018, August, Nature)。RNA丰度是单个细胞状态的一个有力指标。单细胞测序技术可以灵敏、准确地揭示RNA的丰度。然而,这种方法仅能捕获在某个时间点的静态快照,使得分析随着时间动态变化的现象面临挑战(如胚胎发生或组织再生)。这里他们提出的RNA速度(RNA velocity)—可以理解为通过对unspliced(nascent) 和spliced(mature) mRNA丰度的评估在时间维度上揭示转录本动态变化的一个指标。

    • RNA velocity应用

      RNA velocity是一个转录本动态变化的指标,能预测细胞未来的状态变化。可以用于细胞分化、谱系发育、肿瘤微环境中细胞成分的动态变化等研究。张泽民老师实验室刚发表的肝癌免疫图谱的文章中就有通过RNA velocity的分析揭示肿瘤微环境中巨噬细胞的迁移(2019,October,Cell) (张老师实验室用的是Scanpy方法分析的RNA velocity)。

      • scVelo—以动态模型对细胞瞬间态的RNA velocity进行评估计算的方法

      回到这篇文章,作者认为现有的计算RNA velocity的模型在一些情况下存在不足,他称这种模型为稳态模型(steady-state model), 这种模型有个两个基本的假设:即(i)在基因水平上,所有具有转录诱导、抑制和稳态mRNA水平的完整剪接动力学被捕捉到;(ii)在细胞水平上,所有基因具有共同的剪接率。但是,当一个种群包含多个具有不同动力学的异质亚种群时,这些假设常常被违背。

      所以,他们开发的seVelo,一个基于似然的动力学模型(likelihood-based dynamical model),它解决了以上提出的全基因转录动力学的问题,从而将RNA速度估计推广到瞬态系统和具有非均匀亚种群动力学的系统。scVelo提供了两种扩展:一种是包含二阶矩的随机模型,另一种是捕获全剪接动力学的动力学模型。与scanpy也兼容。

      网址:scVelo: https://scvelo.org

      碎碎念

      评估科学研究的重要性通常有3方面:新的概念、新的方法、新的发现。18年Nature的那篇文章是提出了新的概念,这篇文章是开发了新的方法,我们还可以应用新的概念和新的方法,为自己关注的领域带来新的发现。

      相关文献:

      • 2018, August, Nature, RNA velocity of single cells:DOI: 10.1038/s41586-018-0414-6

推荐阅读更多精彩内容