Deciphering driver regulators of cell fate decisions from single-cell transcriptomics data with CEFCON

细胞命运测定 基因调控网络 计算生物学 调节器 生物 鉴定(生物学) 基因表达调控 计算机科学 转录因子 基因 遗传学 基因表达 植物
作者
Peizhuo Wang,Wen Xiao,Han Li,Lang Peng,Shuya Li,Yipin Lei,Hantao Shu,Lin Gao,Dan Zhao,Jianyang Zeng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:6
标识
DOI:10.1038/s41467-023-44103-3
摘要

Abstract Single-cell technologies enable the dynamic analyses of cell fate mapping. However, capturing the gene regulatory relationships and identifying the driver factors that control cell fate decisions are still challenging. We present CEFCON, a network-based framework that first uses a graph neural network with attention mechanism to infer a cell-lineage-specific gene regulatory network (GRN) from single-cell RNA-sequencing data, and then models cell fate dynamics through network control theory to identify driver regulators and the associated gene modules, revealing their critical biological processes related to cell states. Extensive benchmarking tests consistently demonstrated the superiority of CEFCON in GRN construction, driver regulator identification, and gene module identification over baseline methods. When applied to the mouse hematopoietic stem cell differentiation data, CEFCON successfully identified driver regulators for three developmental lineages, which offered useful insights into their differentiation from a network control perspective. Overall, CEFCON provides a valuable tool for studying the underlying mechanisms of cell fate decisions from single-cell RNA-seq data.
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