遺伝子発現率の新たな計算法で細胞運命を解明(New method calculates rate of gene expression to understand cell fate)

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2025-09-08 ペンシルベニア州立大学(PennState)

ペンシルベニア州立大学とイェール大学の研究チームは、単一細胞の遺伝子発現速度(RNA velocity)をより正確に推定できる新手法 spVelo を開発した。RNA velocity は細胞の現在の状態から将来の分化方向を予測する重要な指標だが、従来の手法はバッチ統合や空間情報の活用が難しいという課題があった。spVelo は変分オートエンコーダで遺伝子発現をモデル化し、グラフアテンションネットワークを用いて空間情報やバッチ間の違いを統合する仕組みを導入。また、データ統合時のバッチ効果を抑えるため最大平均差(MMD)ペナルティを適用している。シミュレーションデータや口腔扁平上皮がん、膵臓細胞データでの検証では従来法を上回る精度を示し、将来の細胞状態を信頼区間付きで予測可能となった。この成果は細胞運命決定や遺伝子制御ネットワーク研究の新たな基盤となる。

遺伝子発現率の新たな計算法で細胞運命を解明(New method calculates rate of gene expression to understand cell fate)
A new method to measure RNA velocity — which describes rate of gene expression in a single cell — overcomes limitations of previous methods and can incorporate spatial information as well as data from cells processed at different times. The new method, called spVelo incorporates two types of neural networks: a Variational Autoencoder that models gene expression and a Graph Attention Network that allows the incorporation of spatial and batch information from the sequencing data. Credit: Provided by the researchers. All Rights Reserved.

<関連情報>

spVelo:マルチバッチ空間トランスクリプトームデータ向けRNA速度推定法 spVelo: RNA velocity inference for multi-batch spatial transcriptomics data

Wenxin Long,Tianyu Liu,Lingzhou Xue & Hongyu Zhao
Genome Biology  Published:11 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1186/s13059-025-03701-8

Abstract

RNA velocity has emerged as a powerful tool to interpret transcriptional dynamics and infer trajectory from snapshot datasets. However, current methods fail to utilize the spatial information inherent in spatial transcriptomics and lack scalability in multi-batch datasets. Here, we introduce spVelo, a scalable framework for RNA velocity inference of multi-batch spatial transcriptomics data. spVelo supports several downstream applications, including uncertainty quantification, complex trajectory pattern discovery, driver marker identification, gene regulatory network inference, and temporal cell-cell communication inference. spVelo has the potential to provide deeper insights into complex tissue organization and underscore biological mechanisms based on spatially resolved patterns.

細胞遺伝子工学
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