Structure-guided integrative soft deep clustering analysis of scRNA-seq and scATAC-seq data

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作者
Jiang Xingzuo,Chenyuan Wang,Yao Jiaxi,Wang Chengyuan
出处
期刊:Frontiers in Microbiology [Frontiers Media]
卷期号:16: 1678891-1678891
标识
DOI:10.3389/fmicb.2025.1678891
摘要

Introduction: Current single-cell clustering methods often rely on hard clustering assignments, which fail to capture the dynamic and transitional states of cells during development. This study introduces the Structure-Guided Soft Deep Clustering (sgSDC) framework to address this limitation by integrating multimodal data and enabling probabilistic cluster assignments. Methods: The sgSDC model combines scRNA-seq and scATAC-seq data using a structure-guided fusion module with global attention. It employs contrastive learning to align modality-specific representations with a consensus representation and introduces a novel soft clustering loss that allows cells to belong to multiple clusters with varying probabilities. Results: Evaluations on four benchmark datasets demonstrate that sgSDC outperforms eight state-of-the-art methods in Accuracy (ACC), Normalized Mutual Information (NMI), and Adjusted Rand Index (ARI), achieving significant improvements-up to 52.62% in ARI on one dataset. Discussion: The results validate the effectiveness of structure-guided contrastive learning and soft clustering in capturing cellular heterogeneity. sgSDC provides a robust tool for analyzing complex single-cell data, with potential applications in developmental biology and tumor microenvironment research.
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