2月3日，西南華大生命科學(xué)研究院科研團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了推斷細(xì)胞時(shí)空分化軌跡的新算法SpaTrack，該算法可充分整合細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組和空間信息，構(gòu)建細(xì)胞分化的動(dòng)態(tài)軌跡，為揭示組織發(fā)育、器官再生和疾病進(jìn)展的動(dòng)態(tài)研究提供了有效的方法支持與重要見解。相關(guān)成果在線發(fā)表于Cell旗下子刊《細(xì)胞系統(tǒng)》。
空間坐標(biāo)和取樣時(shí)間可以作為補(bǔ)充轉(zhuǎn)錄組特征的重要約束條件，用于細(xì)胞分化的軌跡推斷。基于最優(yōu)傳輸理論和單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新算法SpaTrack，自然地將空間距離納入細(xì)胞分化的成本測(cè)量中，能夠準(zhǔn)確捕捉生物組織的局部分化細(xì)節(jié)、空間上不連續(xù)的分化軌跡。
研究團(tuán)隊(duì)介紹，利用算法優(yōu)勢(shì)，SpaTrack能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾個(gè)主要功能：一是從單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中，直接構(gòu)建精細(xì)的細(xì)胞分化軌跡；二是通過直接細(xì)胞映射，追蹤跨時(shí)間樣本的細(xì)胞分化軌跡；三是通過建模預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)錄因子在分化過程中對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控關(guān)系，捕捉發(fā)育的驅(qū)動(dòng)因素。
研究團(tuán)隊(duì)對(duì)SpaTrack在多種模擬和真實(shí)的分化場(chǎng)景下進(jìn)行了性能測(cè)試，并與多種現(xiàn)行方法進(jìn)行比較，均表明SpaTrack在穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性上具有優(yōu)勢(shì)。進(jìn)而，研究團(tuán)隊(duì)將SpaTrack應(yīng)用于多個(gè)生物系統(tǒng)的研究中，結(jié)果表明，SpaTrack在重建細(xì)胞分化軌跡、揭示相關(guān)分化事件和尋找驅(qū)動(dòng)因素等方面表現(xiàn)出色，并幫助研究取得了新的發(fā)現(xiàn)。
例如，研究團(tuán)隊(duì)重構(gòu)了蠑螈端腦的受損再生過程，揭示了蠑螈腦在損傷區(qū)域和正常區(qū)域不同的分化軌跡；在解析小鼠胚胎的中腦發(fā)育過程中，研究團(tuán)隊(duì)觀察到多個(gè)關(guān)鍵前體細(xì)胞在多時(shí)間點(diǎn)樣本中的分化過程和空間協(xié)調(diào)特征；在腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移過程的研究中，SpaTrack幫助發(fā)現(xiàn)了腫瘤的生長(zhǎng)擴(kuò)增表現(xiàn)出了空間異質(zhì)性，其中一條以上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化為特征的分化路徑，其腫瘤細(xì)胞發(fā)生了轉(zhuǎn)移，在淋巴結(jié)區(qū)域形成了轉(zhuǎn)移位的腫瘤。
文章共同通訊作者、西南華大生命科學(xué)研究院副研究員秦鵬飛表示：“本次開發(fā)的新算法借助空間轉(zhuǎn)錄組信息，在解析組織發(fā)育和疾病進(jìn)展的時(shí)空動(dòng)態(tài)上取得了初步成效。接下來(lái)團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)時(shí)空多組學(xué)的融合，解析多源分化、復(fù)雜分化等復(fù)雜問題。”
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cels.2025.101194
本文鏈接：http://www.gxcspki.cn/news-8-1058-0.html新算法為組織發(fā)育和疾病研究提供重要支撐
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