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科学提出单细胞的空间转换张量
2024-05-18 16:40

美国加州大学欧文分校Qing Nie小组提出单细胞的空间转换张量。2024年5月16日,《自然—方法学》杂志在线发表了这项成果。

研究人员提出了空间过渡张量(STT),这是一种通过多尺度动力学模型利用信使RNA拼接和空间转录组来描述空间多稳态性的方法。通过学习四维过渡张量和空间约束随机行走,STT通过细胞间的短时局部张量流线和吸引子间的长时过渡路径,重建细胞状态的特定动力学和空间状态转换。
 
通过上皮-间质转化、血液发育、空间解析的小鼠大脑和鸡心脏发育等多种技术,STT在多个转录组数据集上的基准测试和应用表明,STT有能力恢复细胞-状态特异性动态及其相关基因,这是现有方法无法做到的。总之,STT可以在多个时空尺度上对单细胞转录组数据进行一致的多尺度描述。

据介绍,空间转录组学和信使RNA剪接编码了细胞状态和转换的大量时空信息。目前的谱系推断方法要么缺乏状态转换的空间动态,要么无法捕捉与多种细胞状态和转换路径相关的不同动态。

附:英文原文

Title: Spatial transition tensor of single cells

Author: Zhou, Peijie, Bocci, Federico, Li, Tiejun, Nie, Qing

Issue&Volume: 2024-05-16

Abstract: Spatial transcriptomics and messenger RNA splicing encode extensive spatiotemporal information for cell states and transitions. The current lineage-inference methods either lack spatial dynamics for state transition or cannot capture different dynamics associated with multiple cell states and transition paths. Here we present spatial transition tensor (STT), a method that uses messenger RNA splicing and spatial transcriptomes through a multiscale dynamical model to characterize multistability in space. By learning a four-dimensional transition tensor and spatial-constrained random walk, STT reconstructs cell-state-specific dynamics and spatial state transitions via both short-time local tensor streamlines between cells and long-time transition paths among attractors. Benchmarking and applications of STT on several transcriptome datasets via multiple technologies on epithelial–mesenchymal transitions, blood development, spatially resolved mouse brain and chicken heart development, indicate STT’s capability in recovering cell-state-specific dynamics and their associated genes not seen using existing methods. Overall, STT provides a consistent multiscale description of single-cell transcriptome data across multiple spatiotemporal scales.

DOI: 10.1038/s41592-024-02266-x

Source: https://www.nature.com/articles/s41592-024-02266-x

Nature Methods:《自然—方法学》,创刊于2004年。隶属于施普林格·自然出版集团,最新IF:47.99
官方网址:https://www.nature.com/nmeth/
投稿链接:https://mts-nmeth.nature.com/cgi-bin/main.plex


本期文章:《自然—方法学》:Online/在线发表

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