[发明专利]基于单细胞转录组数据的基因表达调控机制的确定方法

说明书

本申请提供一种基于单细胞转录组数据的基因表达调控机制的确定方法，方法包括：根据单细胞转录组数据，确定出中心细胞的特异性高表达基因和邻居细胞的特异性高表达基因；根据中心细胞和邻居细胞的特异性高表达基因，以及配体与受体之间的配对信息，确定出中心细胞与邻居细胞之间的第一子网络；根据中心细胞的特异性高表达基因，以及转录因子与靶基因之间的相互作用信息，确定出中心细胞的第二子网络；根据中心细胞的特异性高表达基因，以及受体与转录因子之间的相互作用信息，确定出中心细胞的第三子网络；根据第一子网络、第二子网络和第三子网络，确定出中心细胞与邻居细胞的细胞间多层信号网络，以揭示邻居细胞对中心细胞的基因表达的调控。

技术领域

本申请涉及生物信息学领域，具体而言，涉及一种基于单细胞转录组数据的基因表达调控机制的确定方法。

背景技术

基因表达是复杂生命现象的基础和根本所在，是一个多层次、多因素和具有时空特点的协同作用过程，掌握基因表达的调控规律有助于解释生命的生长发育、疾病的发生发展等机制。

而基因表达水平的变化影响着细胞的功能和命运的改变，因此研究基因表达调控机制需要构建相应的细胞信号网络。参与基因表达调控的信号网络既包括细胞间信号传递，也包括细胞内信号转导和基因激活。因此，需要一个系统的、多层的、细胞间和细胞内的信号网络来阐明基因表达的调控机制。

目前研究基因表达调控机制主要有两种方法：第一种是基于传统的实验研究，第二种是基于高通量技术(RNA-Seq，microarray)的方法。这两种方法主要集中在涉及分子层面的一个或几个线性信号通路上。

两种方法在其应用时有许多缺点：

1)基因表达调控受到非常复杂的信号网络调控，由配体-受体-转录因子-靶基因等功能分子组成信号通路交织而成，单一或几个线性通路并不足以阐明基因表达调控机制。

2)忽略了细胞微环境对基因表达水平调控的影响。

3)传统的高通量测序技术忽略了细胞特异性的差异。而传统的转录组测序往往反映某一区域整体的基因平均表达水平，个别具有特殊调控作用的细胞特异性的功能分子可能因为其表达量不如其他细胞间广泛表达的功能分子而被误以为是无调控意义的分子。因此利用传统的转录组测序很容易忽略由细胞类型差异所导致的精细的、特定的生物学效应。

4)传统实验研究效率低下。虽然实验研究的准确性较高，结果相对可信，但是由于实验消耗资源高，且细胞信号网络的复杂性，所以仅能针对特定的信号通路开展研究。因此利用传统的实验研究无法全面系统的阐明基因表达的调控机制。

因此，目前研究基因表达调控机制的方法难以全面地、系统地揭示基因表达的调控机制。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于单细胞转录组数据的基因表达调控机制的确定方法，以全面地、系统地揭示基因表达的调控机制。

为了实现上述目的，本申请的实施例通过如下方式实现：

第一方面，本申请实施例提供一种基于单细胞转录组数据的基因表达调控机制的确定方法，包括：确定出中心细胞的特异性高表达基因和邻居细胞的特异性高表达基因，其中，所述中心细胞表示待研究其基因表达的调控机制的细胞类型，所述邻居细胞表示对所述中心细胞的基因表达具有影响可能性的细胞类型；根据所述中心细胞的特异性高表达基因和所述邻居细胞的特异性高表达基因，以及配体与受体之间的配对信息，确定出所述中心细胞与所述邻居细胞之间的第一子网络；根据所述中心细胞的特异性高表达基因，以及转录因子与靶基因之间的相互作用信息，确定出所述中心细胞的第二子网络；根据所述中心细胞的特异性高表达基因，以及受体与转录因子之间的相互作用信息，确定出所述中心细胞的第三子网络；根据所述第一子网络、所述第二子网络和所述第三子网络，确定出所述中心细胞与所述邻居细胞的细胞间多层信号网络，以揭示所述邻居细胞对所述中心细胞的基因表达的调控。