A fast, scalable and versatile tool for analysis of single-cell omics data

降维 计算生物学 计算机科学 可扩展性 瓶颈 维数之咒 单细胞分析 生物 细胞 人工智能 数据库 遗传学 嵌入式系统
作者
Kai Zhang,Nathan R. Zemke,Ethan J. Armand,Bing Ren
出处
期刊:Nature Methods [Nature Portfolio]
卷期号:21 (2): 217-227 被引量:45
标识
DOI:10.1038/s41592-023-02139-9
摘要

Abstract Single-cell omics technologies have revolutionized the study of gene regulation in complex tissues. A major computational challenge in analyzing these datasets is to project the large-scale and high-dimensional data into low-dimensional space while retaining the relative relationships between cells. This low dimension embedding is necessary to decompose cellular heterogeneity and reconstruct cell-type-specific gene regulatory programs. Traditional dimensionality reduction techniques, however, face challenges in computational efficiency and in comprehensively addressing cellular diversity across varied molecular modalities. Here we introduce a nonlinear dimensionality reduction algorithm, embodied in the Python package SnapATAC2, which not only achieves a more precise capture of single-cell omics data heterogeneities but also ensures efficient runtime and memory usage, scaling linearly with the number of cells. Our algorithm demonstrates exceptional performance, scalability and versatility across diverse single-cell omics datasets, including single-cell assay for transposase-accessible chromatin using sequencing, single-cell RNA sequencing, single-cell Hi-C and single-cell multi-omics datasets, underscoring its utility in advancing single-cell analysis.
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