基于单细胞多组学的小肠增强子基因调控关系挖掘.pdfVIP

摘要

单细胞转录组学对研究复杂生物系统产生深远影响，通过常规测量数千个

细胞的基因表达，现已能够构建全生物体细胞图谱。然而，转录组仅仅是定义

细胞类型和状态以及确定其功能的众多参数中的一种。随着单细胞测序技术的

发展，可以对同一个细胞同时检测转录组和染色体可及性，结合两种组学测序

数据有助于深入研究小肠中空肠组织不同类型中特异的基因调控网络。

本研究从10x官网的多组学数据集中，下载空肠组织单细胞RNA和染色体

可及性多组学数据。对单细胞RNA测序数据质量控制，获得7830个细胞和27

598个基因。经过归一化、PCA、降维及聚类得到23个细胞簇并且注释得到八

种细胞类型，其中有一类较特殊为上皮间充质细胞。基于空肠组织scRNA-seq，

得到801个转录因子和27115个基因的2250002个调控相关关系。

结合空肠组织scATAC-seq和scRNA-seq数据，筛选候选增强子区域、构建

区域-基因相关关系和TF-区域-基因三元组。构建伪bulk数据并PeakCalling，

生成拥有379501个峰的共识峰。借助质量控制后的scATAC-seq，创建空肠组

织的染色体可及性矩阵。运用LDA模型得到25个Topic的细胞-主题和主题-

区域概率矩阵。采用Otsu和ntop两种方法获得每个Topic的候选增强子区域，

用Wilcoxon秩和检验获得不同细胞类型间的差异可及性区域。用cisTarget算法

对候选增强子区域进行富集分析，获得转录因子-区域相关关系。使用有哪些信誉好的足球投注网站基因

空间的方法构建区域-基因相关关系，涉及17094个基因和362512个区域，产

生1913143个基因-区域相关关系。依据三种二元关系生成TF-区域-基因的三

元组，得到49207个直接的和22980个扩展的eRegulon。用AUCell算法生成

行为3356，列为129的基因活性得分矩阵和区域活性得分矩阵，并进一步通过

RSS算法识别细胞类型特异的eRegulon，每种细胞类型有其独特的基因调控网

络。其中特别分析上皮间充质细胞中特异的eRegulon，获得调控该细胞类型的

特异的基因调控网络。该网络涉及4个转录因子、7个基因和16个增强子区域。

将scATAC-seq和scRNA-seq结合，对空肠组织进行研究具有多方面的意义。

同时测量单个细胞的染色质可及性和基因表达，可以更准确地识别空肠组织不

同细胞类型，揭示其异质性，并深入解析它们的功能和特征。同时，可以在单

细胞水平上重建基因转录调控网络，识别细胞内的转录因子与增强子之间的相

互作用，从而深入理解空肠组织不同类型细胞的转录调控机制。

关键词：单细胞多组学；增强子；转录因子；小肠；基因调控网络

Abstract

Single-celltranscriptomicshashadaprofoundimpactonthestudyofcomplex

biologicalsystems,enablingthecreationofcompletecellularatlasesbyroutinely

measuringgeneexpressioninthousandsofcells.Yet,thetranscriptomeisjustone

ofseveralparametersthatdefinecelltypes,states,andtheirfunctionalities.As

single-cellsequencingtechnologieshaveevolved,itisnowpossibletoassessboth

thetranscriptomeandchromatinaccessibilitysimultaneouslyinthesamecell,and

theintegrationofthesetwotypesofomicsdataisinstrumentalforanin-depthstudy

ofthespe