Cell cycle gene regulation dynamics revealed by RNA velocity and deep-learning

细胞周期 体细胞 生物 核糖核酸 计算生物学 基因 胚胎干细胞 转录组 细胞 基因调控网络 RNA序列 基因表达 细胞生物学 遗传学
作者
Andrea Riba,Attila Oravecz,Matej Durik,Sara Jiménez,Violaine Alunni,Marie Cerciat,Matthieu Jung,Céline Keime,William M. Keyes,Nacho Molina
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:56
标识
DOI:10.1038/s41467-022-30545-8
摘要

Abstract Despite the fact that the cell cycle is a fundamental process of life, a detailed quantitative understanding of gene regulation dynamics throughout the cell cycle is far from complete. Single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) technology gives access to these dynamics without externally perturbing the cell. Here, by generating scRNA-seq libraries in different cell systems, we observe cycling patterns in the unspliced-spliced RNA space of cell cycle-related genes. Since existing methods to analyze scRNA-seq are not efficient to measure cycling gene dynamics, we propose a deep learning approach (DeepCycle) to fit these patterns and build a high-resolution map of the entire cell cycle transcriptome. Characterizing the cell cycle in embryonic and somatic cells, we identify major waves of transcription during the G1 phase and systematically study the stages of the cell cycle. Our work will facilitate the study of the cell cycle in multiple cellular models and different biological contexts.

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