HCA項(xiàng)目于2016年啟動(dòng)，已經(jīng)對(duì)數(shù)億個(gè)單細(xì)胞進(jìn)行了分析，發(fā)表了約440項(xiàng)研究，建立了數(shù)十個(gè)濕實(shí)驗(yàn)室和計(jì)算程序。眾所周知，在研究人員收集單細(xì)胞數(shù)據(jù)并將其細(xì)化為細(xì)胞圖譜的過(guò)程中，一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)是對(duì)每種細(xì)胞類型進(jìn)行表征，標(biāo)記或注釋。這通常是一項(xiàng)非常耗時(shí)、繁重的任務(wù)。今年在《nature portfolio》雜志上發(fā)表了20多篇論文。這些論文突出了該項(xiàng)目在細(xì)胞命運(yùn)映射、數(shù)據(jù)整合和預(yù)測(cè)建模方面的成就。下面就2種重要的細(xì)胞類型注釋和鑒定方法進(jìn)行介紹：
PopV（popular Vote）
PopV工具將8個(gè)自動(dòng)化的細(xì)胞類型注釋工具（random forest (RF), support vector machine (SVM), scANVI, OnClass, Celltypist，scVI，BBKNN和Scanorama）整合到一個(gè)平臺(tái)中，未來(lái)還支持添加更多工具。PopV可以通過(guò)對(duì)輸入的單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)的細(xì)胞“身份”進(jìn)行“投票”來(lái)鑒定細(xì)胞類型。對(duì)于任何給定的細(xì)胞，如果8個(gè)工具的注釋結(jié)果是一致，那么該數(shù)據(jù)的細(xì)胞類型就是確認(rèn)的，如果8個(gè)工具的投票結(jié)果有分歧，popV會(huì)給出“不確定性評(píng)分”，使用者可以通過(guò)該評(píng)分來(lái)判斷注釋結(jié)果的信任程度。除了8種不同的細(xì)胞類型注釋方法外，PopV還擁有一個(gè)大的數(shù)據(jù)集——Tabula Sapiens用來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練，Tabula Sapiens是一個(gè)人類細(xì)胞圖譜，覆蓋了代表15個(gè)人24個(gè)器官的近50萬(wàn)個(gè)細(xì)胞。研究人員在人類肺細(xì)胞圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)PopV進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示popV的預(yù)測(cè)與大多數(shù)注釋一致，并且比任何單一的計(jì)算注釋方法都更準(zhǔn)確。PopV也將被納入HCA細(xì)胞注釋平臺(tái)的用戶界面，在該界面中，科學(xué)家將能夠在分類細(xì)胞類型時(shí)查看popV的預(yù)測(cè)。
圖 用于自動(dòng)化細(xì)胞格類型標(biāo)注的popV框架
SCimilarity
另一款用來(lái)檢測(cè)細(xì)胞“相似性”的工具SCimilarity也被開(kāi)發(fā)出來(lái)。就像基因?qū)W家使用BLAST算法來(lái)尋找相關(guān)的基因序列一樣。SCimilarity 可以幫助研究人員“弄清楚兩個(gè)細(xì)胞是否相似。該工具開(kāi)發(fā)人員給計(jì)算機(jī)輸入了5000萬(wàn)個(gè)三聯(lián)細(xì)胞，其中每個(gè)三聯(lián)細(xì)胞包含兩個(gè)相似的細(xì)胞和一個(gè)異常的細(xì)胞，直到軟件學(xué)會(huì)區(qū)分匹配細(xì)胞類型的特征。每個(gè)細(xì)胞最初是由大約20000個(gè)人類基因的表達(dá)來(lái)定義的，但該程序?qū)⑦@些基因壓縮成128個(gè)關(guān)鍵特征來(lái)識(shí)別細(xì)胞，該數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了近400個(gè)數(shù)據(jù)集的2300多萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，搜索只需幾秒鐘。為了測(cè)試相似性，研究人員尋找了含有與纖維化肺組織中發(fā)現(xiàn)的某些免疫細(xì)胞相似的細(xì)胞的數(shù)據(jù)集。通過(guò)對(duì)17項(xiàng)涉及近42,000個(gè)細(xì)胞的體外和體外研究的搜索，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在3D水凝膠系統(tǒng)中生長(zhǎng)的用于制造血液干細(xì)胞白細(xì)胞與之相匹配。
圖 SCimilaruty工作流
參考文獻(xiàn)：
1. Ergen C, Xing G, Xu C, Kim M, Jayasuriya M, McGeever E, Oliveira Pisco A, Streets A, Yosef N. Consensus prediction of cell type labels in single-cell data with popV. Nat Genet. 2024 Nov 20.
2. Heimberg G, Kuo T, DePianto DJ, Salem O, Heigl T, Diamant N, Scalia G, Biancalani T, Turley SJ, Rock JR, Corrada Bravo H, Kaminker J, Vander Heiden JA, Regev A. A cell atlas foundation model for scalable search of similar human cells. Nature. 2024 Nov 20.