使用单细胞和空间转录组学数据对连接体动态的组织水平PDE模型进行校准

科学领域:

• 计算生物学 计算生物学
• 系统生物学 系统生物学
• 分子生物学分子生物学

背景情况:

• 通过连接体介导的信号传输进行细胞通信对于生理过程至关重要.
• 反应-扩散模型描述了连接体动态,但由于有限的微环境数据,缺乏可靠的参数校准.
• 将各种生物数据集成到机械模型中仍然是一个挑战.

研究的目的:

• 开发一个计算管道,用于校准反应-扩散模型,使用转录学数据.
• 为了利用单细胞RNA测序和空间转录组学来进行组织规模模型参数推断.
• 为将现代转录学数据集成到机械模型中提供统一的框架.

主要方法:

• 开发了一个计算管道,集成有限体积解决器,生物信息学预处理,近似贝叶斯计算 (ABC) 和基于梯度的优化.
• 利用开源的人体皮肤数据集进行案例研究.
• 对转化生长因子β异型的校准参数.

主要成果:

• 成功校准了控制人类皮肤中转化生长因子β异型的参数.
• 将推断的空间度场与局部细胞类型分布进行比较.
• 对合成数据集的基准测试证明了将ABC与基于梯度的优化相结合的准确性和好处.

结论:

• 单细胞RNA测序和空间转录组学为校准组织规模机械模型提供了丰富的数据来源.
• 开发的管道为参数推理提供了一种灵活而严格的方法.
• 这种方法增强了我们模拟细胞通信和组织动态的能力.