VarID根據(jù)基因表達(dá)譜的相似性將細(xì)胞連接起來，并在局部相似細(xì)胞群中量化基因表達(dá)的變異性（或噪音）。
近日，德國馬克斯·普朗克研究所的Dominic Grün研究員提出了一種基于單細(xì)胞數(shù)據(jù)量化必需基因表達(dá)變異性的方法。這種名為VarID的方法可以在非常相似或相關(guān)的細(xì)胞狀態(tài)間測量基因表達(dá)的噪音，幫助研究人員更好地了解生物噪音對細(xì)胞發(fā)育調(diào)節(jié)，甚至是細(xì)胞分化的必要程度。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·方法》雜志上。
細(xì)胞是生命的基石，為了更深入地了解不同的細(xì)胞類型及其分子過程，科學(xué)家們會使用單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）技術(shù)來測量單個細(xì)胞中活躍基因產(chǎn)生的mRNA分子數(shù)量。就像指紋一樣，在一個特定的細(xì)胞中，每個基因的mRNA分子數(shù)量決定了細(xì)胞的身份以及細(xì)胞之間的關(guān)系。
“很多疾病，比如癌癥，就是因為細(xì)胞沒有完全發(fā)育成熟，仍處于干細(xì)胞的前期階段，不受控制地擴(kuò)散。我們想要了解當(dāng)發(fā)育以這種方式受到干擾時，細(xì)胞內(nèi)會發(fā)生什么。因此，我們研發(fā)了處理和分析單細(xì)胞數(shù)據(jù)的獨(dú)特算法?！毖芯咳藛T表示。
在細(xì)胞的發(fā)育過程中，必需基因，例如調(diào)節(jié)基因開關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，往往只有微弱的表達(dá)，有時在同一類型的細(xì)胞中還具有高度的變異性，科學(xué)家們稱這種現(xiàn)象為“生物噪音”，因此，很難再數(shù)據(jù)中檢測到這些基因表達(dá)的差異。此外，目前可用的分析方法幾乎完全集中于量化并解釋單個細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)水平。但是，在細(xì)胞分化和細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程中基因表達(dá)噪音的生物學(xué)意義還沒有得到深入的研究。
本研究中的VarID，可以量化非常相似或相關(guān)的細(xì)胞狀態(tài)間的基因表達(dá)噪音，其核心是Dominic Grun開發(fā)的一種算法，該算法從單細(xì)胞RNA測序數(shù)據(jù)中量化了基因表達(dá)變異性的動態(tài)變化。在不同的細(xì)胞類型或細(xì)胞狀態(tài)的復(fù)雜混合物中，VarID描述了具有差異基因表達(dá)可變性的鄰近區(qū)域。重要的是，這種方法還能揭示與細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)變相關(guān)的微弱而嘈雜的轉(zhuǎn)錄因子的活性。
通過VarID，研究人員就有可能探索在干細(xì)胞向成熟細(xì)胞類型分化過程中基因表達(dá)噪聲的動態(tài)變化，并研究生物噪音對調(diào)控細(xì)胞發(fā)育、甚至是細(xì)胞分化的必要程度。在針對小鼠血細(xì)胞發(fā)育的研究中，研究人員利用VarID追蹤了小鼠血細(xì)胞發(fā)育所必需的轉(zhuǎn)錄因子的活性?！皵?shù)據(jù)顯示，已知在小鼠骨髓成熟血細(xì)胞中表達(dá)的重要轉(zhuǎn)錄因子在血液干細(xì)胞中的表達(dá)量很低且具有高度變異性。我們認(rèn)為這些基因網(wǎng)絡(luò)的波動，也就是這些基因的噪音，可以觸發(fā)血液干細(xì)胞的分化?！?Dominic Grun說。
Dominic Grun確信，基因表達(dá)噪音是決定細(xì)胞命運(yùn)的關(guān)鍵部分?！癡arID為闡明基因表達(dá)噪音在干細(xì)胞分化過程中的作用打開了一扇門。既然我們現(xiàn)在能夠解讀干細(xì)胞分化的噪音，接下來我們希望能夠發(fā)現(xiàn)這個過程是如何控制的，以便更好地理解噪音如何調(diào)節(jié)細(xì)胞命運(yùn)決定。”
原創(chuàng)編譯：花花 審稿：alone 責(zé)編：張夢
