一种细胞通讯分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种细胞通讯分析方法及系统，该方法包括细胞通讯预测和配体

【技术实现步骤摘要】
一种细胞通讯分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及生物信息分析领域，具体涉及一种细胞通讯分析方法及系统。

技术介绍

[0002]复杂的细胞外反应始于配体与其受体的结合和特定细胞信号通路的激活，因此，了解和绘制这些配体和受体的相互作用是理解细胞行为和对邻近细胞反应的基础，也是进行很多科研机制问题研究的基础。但组织细胞内的互作机制非常复杂，涉及多种细胞，以及潜在上千种配体
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受体关系，以传统的分子生物学方法来筛选，依靠科研人员的经验判断为主，很难直接锁定关键的细胞互作关系。若人为经验判断不准确，功能验证有假阳性情况存在，又需重新筛选和验证，过程费时费力，且极有可能筛选不到关键互作的细胞配受体，对研究生物学问题造成了极大的障碍。
[0003]单细胞测序技术更好的解决了传统技术中细胞异质性的分析，在肿瘤、微生物学，神经科学等众多研究领域有着广阔的应用。随着单细胞测序技术越来越普及，单细胞转录组测序数据量逐渐增加，使得研究和解析细胞通信网络成为了可能。通过细胞通讯分析可以系统性解码细胞间通信网络，有助于揭示通讯细胞间的调控机制，并最终解释组织在稳态中的功能及其在疾病中的变化。虽然，单细胞测序提供的基因测序大数据为筛选关键细胞互作关系提供了可能，可利用精准的组学技术来筛选，克服传统生物学筛选中对科研人员经验的依赖性强的问题，但如何利用单细胞测序数据来合理、准确且高效的筛选和研究细胞配受体之间的互作关系仍是重点和难点。综上所述，细胞通讯分析技术重要性强，且应用广阔，但目前尚未有此类技术方法全面的，深入的研究细胞间交流的分子机制，并对数据结果多种图示化形式展示，因此本专利技术提供一种细胞通讯分析方法，可应用于对单细胞转录组测序数据进一步展开细胞通讯分析，其分析过程高效、分析内容全面、分析结果可视化。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出一种细胞通讯分析方法及系统，主要是描述细胞间的关联关系，利用CellphoneDB软件基于单细胞基因表达量矩阵进行细胞通讯网络构建，利用NicheNet软件基于配体
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靶基因表达关系，分析配体活力以及配体对靶基因的调控潜力。
[0005]本专利技术通过以下技术手段解决上述问题：一方面，本专利技术提供一种细胞通讯分析方法，包括细胞通讯预测和配体
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靶基因调控预测两大内容，具体方法如下：细胞通讯预测包括：配受体对表达丰度分析：输入单细胞基因表达量矩阵，利用 CellphoneDB软件中包含的配体
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受体信息，基于一个细胞表达受体而另一个细胞表达配体的方式来分析每一对细胞中配体
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受体对的表达丰度。其中，本专利技术只对在特定簇中大于用户指定阈值百分比
的细胞表达的受体和配体进行分析（默认值为 10％）。
[0006]配受体对数目分析： 基于对每一对细胞中配体
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受体对表达丰度的分析，可以获得每一对细胞中表达的配受体对数目，由此可以对细胞间的通讯关系进行初步评估。
[0007]显著富集配受体对数目分析：利用 CellphoneDB 软件对数据集中的所有细胞类型之间进行成对比较，分析每一对细胞中显著富集的配受体对数目。首先，随机排列所有细胞簇标记（默认为 1,000 次），并确定细胞簇中配体表达水平的平均值和相互作用细胞簇中受体平均表达水平。通过这种方式，在两种细胞类型之间的配对比较中为每个配体
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受体对生成了零分布。通过计算与实际均值一样高或高于实际均值的配受体表达量均值的比例，本专利技术获得每种配体受体复合物在特定细胞类型中富集可能性的 P 值，本专利技术定义 P 值小于 0.05 为显著富集。
[0008]细胞交互网络图构建：基于CellphoneDB软件分析得到的每一对细胞对之间显著富集的配体
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受体对数目，构建了细胞相互作用网络图，以细胞对之间富集的配受体对数目为线的数据来源，以细胞中含有的配受体对总数目为节点的数据来源绘图，更加直观的展示了细胞之间的潜在调控关系。
[0009]配体
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靶基因调控预测包括：配体活性分析：利用 NicheNet软件来分析配体信号细胞中最有可能影响相互作用的受体信号细胞中的特定基因集表达的配体，软件基于先前的配体
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靶基因预测与配受体信号细胞交流后实际观察到的受体信号细胞中相应靶基因集表达变化程度的相关性对配体活性进行排序。
[0010]配体
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靶基因调控潜力分析： 利用加权网络对配体信号细胞中的配体与受体信号细胞中特定基因集中的基因之间的调控潜力进行打分，分值越大则调控潜力越大。
[0011]另一方面，本专利技术提供一种细胞通讯分析系统，包括细胞通讯预测模块和配体
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靶基因调控预测模块；所述细胞通讯预测模块包括：配受体对表达丰度分析单元，用于输入单细胞基因表达量矩阵，利用 CellphoneDB软件中包含的配体
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受体信息，基于一个细胞表达受体而另一个细胞表达配体的方式来分析每一对细胞中配体
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受体对的表达丰度。其中，本专利技术只对在特定簇中大于用户指定阈值百分比的细胞表达的受体和配体进行分析（默认值为 10％）。
[0012]配受体对数目分析单元，用于基于对每一对细胞中配体
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受体对表达丰度的分析，可以获得每一对细胞中表达的配受体对数目，由此可以对细胞间的通讯关系进行初步评估。
[0013]显著富集配受体对数目分析单元，用于利用 CellphoneDB 软件对数据集中的所有细胞类型之间进行成对比较，分析每一对细胞中显著富集的配受体对数目。首先，随机排列所有细胞簇标记（默认为 1,000 次），并确定细胞簇中配体表达水平的平均值和相互作用细胞簇中受体平均表达水平。通过这种方式，在两种细胞类型之间的配对比较中为每个配体
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受体对生成了零分布。通过计算与实际均值一样高或高于实际均值的配受体表达量均值的比例，本专利技术获得每种配体受体复合物在特定细胞类型中富集可能性的 P 值，本专利技术定义 P 值小于 0.05 为显著富集。
[0014]细胞交互网络图构建单元，用于基于每一对细胞对之间显著富集的配体
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受体对
数目，构建细胞相互作用网络图，以细胞对之间富集的配受体对数目为线的数据来源，以细胞中含有的配受体对总数目为节点的数据来源绘图，更加直观的展示了细胞之间的潜在调控关系。
[0015]所述配体
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靶基因调控预测模块包括：配体活性分析单元，用于利用 NicheNet软件来分析配体信号细胞中最有可能影响相互作用的受体信号细胞中的特定基因集表达的配体，软件基于先前的配体
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靶基因预测与配受体信号细胞交流后实际观察到的受体信号细胞中相应靶基因集表达变化程度的相关性对配体活性进行排序。
[0016]配体
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靶基因调控潜力分析单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种细胞通讯分析方法，其特征在于，包括细胞通讯预测和配体
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靶基因调控预测；细胞通讯预测包括：配受体对表达丰度分析：输入单细胞基因表达量矩阵，利用细胞配受体分析软件中包含的配体
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受体信息，基于一个细胞表达受体而另一个细胞表达配体的方式来分析每一对细胞中配体
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受体对的表达丰度；配受体对数目分析：基于对每一对细胞中配体
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受体对表达丰度的分析，获得每一对细胞中表达的配受体对数目，对细胞间的通讯关系进行初步评估；显著富集配受体对数目分析：利用细胞配受体分析软件对数据集中的所有细胞类型之间进行成对比较，分析每一对细胞中显著富集的配受体对数目；细胞交互网络图构建：基于每一对细胞对之间显著富集的配体
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受体对数目，构建细胞相互作用网络图，具体为：以细胞对之间富集的配受体对数目为线的数据来源，以细胞中含有的配受体对总数目为节点的数据来源绘图；配体
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靶基因调控预测包括：配体活性分析：利用细胞配体活性分析软件来分析配体信号细胞中最有可能影响相互作用的受体信号细胞中的特定基因集表达的配体，软件基于先前的配体
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靶基因预测与配受体信号细胞交流后实际观察到的受体信号细胞中相应靶基因集表达变化程度的相关性对配体活性进行排序；配体
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靶基因调控潜力分析：利用加权网络对配体信号细胞中的配体与受体信号细胞中特定基因集中的基因之间的调控潜力进行打分，分值越大则调控潜力越大。2.根据权利要求1所述的细胞通讯分析方法，其特征在于，配受体对表达丰度分析中，只对在特定簇中大于用户指定阈值百分比的细胞表达的受体和配体进行分析。3.根据权利要求2所述的细胞通讯分析方法，其特征在于，用户指定阈值百分比默认值为 10％。4.根据权利要求1所述的细胞通讯分析方法，其特征在于，显著富集配受体对数目分析具体步骤如下：随机排列所有细胞簇标记，并确定细胞簇中配体表达水平的平均值和相互作用细胞簇中受体平均表达水平；通过这种方式，在两种细胞类型之间的配对比较中为每个配体
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受体对生成了零分布；通过计算高于或等于实际均值的配受体表达量均值的比例，获得每种配体受体复合物在特定细胞类型中富集可能性的 P 值，定义 P 值小于 0.05 为显著富集。5.根据权利要求4所述的细胞通讯分析方法，其特征在于，随机排列所有细胞簇标记默认为 1,000 次。6.根据权利要求1所述的细胞通讯分析方法，其特征在于，所述细胞配受体分析软件为Cell...

【专利技术属性】
技术研发人员：周煌凯，高川，陈飞钦，艾鹏，张秋雪，
申请(专利权)人：广州基迪奥生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：