Inferring gene regulatory networks from single-cell multiome data using atlas-scale external data

基因调控网络 计算生物学 染色质 推论 基因表达调控 地图集(解剖学) 基因表达 计算机科学 嘉雅宠物 生物 转录因子 基因 数据挖掘 人工智能 遗传学 染色质重塑 古生物学
作者
Qiuyue Yuan,Zhana Duren
出处
期刊:Nature Biotechnology [Nature Portfolio]
被引量:29
标识
DOI:10.1038/s41587-024-02182-7
摘要

Abstract Existing methods for gene regulatory network (GRN) inference rely on gene expression data alone or on lower resolution bulk data. Despite the recent integration of chromatin accessibility and RNA sequencing data, learning complex mechanisms from limited independent data points still presents a daunting challenge. Here we present LINGER (Lifelong neural network for gene regulation), a machine-learning method to infer GRNs from single-cell paired gene expression and chromatin accessibility data. LINGER incorporates atlas-scale external bulk data across diverse cellular contexts and prior knowledge of transcription factor motifs as a manifold regularization. LINGER achieves a fourfold to sevenfold relative increase in accuracy over existing methods and reveals a complex regulatory landscape of genome-wide association studies, enabling enhanced interpretation of disease-associated variants and genes. Following the GRN inference from reference single-cell multiome data, LINGER enables the estimation of transcription factor activity solely from bulk or single-cell gene expression data, leveraging the abundance of available gene expression data to identify driver regulators from case-control studies.
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