JSNMF enables effective and accurate integrative analysis of single-cell multiomics data

表观遗传学 计算生物学 可视化 计算机科学 聚类分析 单细胞分析 数据可视化 生物信息学 细胞 生物 数据挖掘 人工智能 遗传学 基因 基因表达 DNA甲基化
作者
Yuanyuan Ma,Zexuan Sun,Pengcheng Zeng,Wenyu Zhang,Zhixiang Lin
出处
期刊:Briefings in Bioinformatics [Oxford University Press]
卷期号:23 (3) 被引量:10
标识
DOI:10.1093/bib/bbac105
摘要

The single-cell multiomics technologies provide an unprecedented opportunity to study the cellular heterogeneity from different layers of transcriptional regulation. However, the datasets generated from these technologies tend to have high levels of noise, making data analysis challenging. Here, we propose jointly semi-orthogonal nonnegative matrix factorization (JSNMF), which is a versatile toolkit for the integrative analysis of transcriptomic and epigenomic data profiled from the same cell. JSNMF enables data visualization and clustering of the cells and also facilitates downstream analysis, including the characterization of markers and functional pathway enrichment analysis. The core of JSNMF is an unsupervised method based on JSNMF, where it assumes different latent variables for the two molecular modalities, and integrates the information of transcriptomic and epigenomic data with consensus graph fusion, which better tackles the distinct characteristics and levels of noise across different molecular modalities in single-cell multiomics data. We applied JSNMF to single-cell multiomics datasets from different tissues and different technologies. The results demonstrate the superior performance of JSNMF in clustering and data visualization of the cells. JSNMF also allows joint analysis of multiple single-cell multiomics experiments and single-cell multiomics data with more than two modalities profiled on the same cell. JSNMF also provides rich biological insight on the markers, cell-type-specific region-gene associations and the functions of the identified cell subpopulation.

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