GRNUlar: A Deep Learning Framework for Recovering Single-Cell Gene Regulatory Networks

杠杆(统计) 人工智能 计算机科学 推论 深度学习 机器学习 基因调控网络 标记数据 合成数据 监督学习 人工神经网络 基因 基因表达 生物 生物化学
作者
Harsh Shrivastava,Xiuwei Zhang,Le Song,Srinivas Aluru
出处
期刊:Journal of Computational Biology [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:29 (1): 27-44 被引量:18
标识
DOI:10.1089/cmb.2021.0437
摘要

We propose GRNUlar, a novel deep learning framework for supervised learning of gene regulatory networks (GRNs) from single-cell RNA-Sequencing (scRNA-Seq) data. Our framework incorporates two intertwined models. First, we leverage the expressive ability of neural networks to capture complex dependencies between transcription factors and the corresponding genes they regulate, by developing a multitask learning framework. Second, to capture sparsity of GRNs observed in the real world, we design an unrolled algorithm technique for our framework. Our deep architecture requires supervision for training, for which we repurpose existing synthetic data simulators that generate scRNA-Seq data guided by an underlying GRN. Experimental results demonstrate that GRNUlar outperforms state-of-the-art methods on both synthetic and real data sets. Our study also demonstrates the novel and successful use of expression data simulators for supervised learning of GRN inference.
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