术语“ OMICS”是指研究生物中存在的整体生物分子的科学分支,包括基因组学;转录组学;蛋白质组学和代谢组学等。每个“ Omic”层都会发现一个关于细胞或组织样品的独特分子故事。例如,基因组学告知可能发生的事情,转录组学表明可能发生的事情,蛋白质组学描述了发生的事情,代谢组学揭示了目前正在发生的事情。虽然单词研究对生物标志物的识别很有用,但它们缺乏解决缺失的遗传力问题所需的预后或预测能力,这表现为三个关键的基因差距:数值差距,预测性差距和机械差距。相比之下,一种分层的多摩变方法在生物系统的计算机建模中提供了真实的承诺,可以通过整合多种分子层来预测扰动并弥合机械差距,从而产生新的见解,这些新见解通常会错过这些洞察力。然而,多词数据的集成是复杂的,并且充满了技术和计算挑战,尤其是在将垂直分子层与不同的参数和统计分布相结合时。此外,垂直积分加剧了维度的概念(p≫n),当特征(P)的数量远远超过样品数量(n)时,会发生这种情况,从而导致算法的过度训练以及统计和机器学习模型的分解,这些模型已优化了用于富含样品的空间。为了解决这个问题,应包括单细胞和空间多族研究。单细胞OMICS启用细胞水平分子分辨率,可以通过细胞读数来解决异质性并显着增加样品数量。空间多摩变分析将保留分子数据的空间环境。鉴于多摩变研究设计所涉及的许多考虑因素,从数据获取到功能分析,本综述旨在为实验设计提供全面的路线图,并采用改善数据整合的策略,以帮助利用系统生物学的能力进行药物发现。
图 3 . 秩检验。对相似性网络融合 (SNF)、基础网络集成和血常规获得的簇中心力衰竭恶化的累积发生率曲线进行成对对数秩检验,并绘制对数秩 p 值的平均 -log10。对数秩 p 值的平均 -log10 越高,心力衰竭恶化结果的簇分离效果越好(4 年随访)。最佳结果是应用相似性网络融合 (SNF) 来整合组学数据,然后将其分成 8 个簇。
数据集异质性。有趣的是,具有相反方向效应的ASE变体的绝对效应大小明显低于具有一致方向效应的ASE变体,这表明较小的效应大小可能促进方向移动,从而增强了不同环境中的弹性。该假设进一步支持了与免疫相关组织中ASE变体数量相对较高的变异性。玉米中的类似发现表明,具有相反方向效应的ASE变体可能
由于基因组元素具有细胞类型特异性,并且受遗传和表观遗传调控的影响,因此识别基因组元素具有挑战性。揭示基因组元素对基因和细胞状态的功能作用需要大量资源。在这里,我们提出了顺式调控元件转换器 (CREformer),这是一种大型深度学习模型,可通过多模态方法揭示功能和调控机制。CREformer 包含 30 亿个参数,通过整合批量和单细胞数据集的优势进行预训练,涵盖批量多组学片段中的 550 亿个核苷酸和 1.65 亿个单细胞配对多组学谱。预训练后,CREformer 以零样本方式执行所有预测,这使得在没有数据可供微调的情况下也能进行预测。这包括主调节器、增强子、基因调控网络 (GRN) 和功能变体的计算推断,以及表观遗传扰动、细胞状态转变和疾病治疗的计算机模拟。此外,CREformer 还发现了新的肿瘤治疗靶点,并在体外进行了验证。总体而言,CREformer 的基础、零样本能力有可能加速对广泛范围内功能元素及其动态的全面发现的研究。
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癌症因其复杂性和严重性一直是医学界面临的最大挑战之一 [1]。癌症分类至关重要,因为确定癌症的具体类型对于确定适当的治疗方法至关重要,而适当的治疗方法最终将提高患者的生活质量 [2]。先前对癌症亚型分类的研究依赖于临床和组织病理学特征,但这些方法往往不足以捕捉癌症的分子异质性 [3]。随着高通量技术的进步,多组学数据(包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学)变得更容易获取。多组学数据的整合可以更准确、更全面地了解癌症亚型 [4]。然而,这些矩阵中的高维度和海量数据给分析和解释带来了重大挑战。
细胞和基因治疗:在这种治疗中,使用病毒或基因组编辑来编辑基因组。由此产生的遗传异质性可能会影响这种治疗的安全性和有效性,但传统方法,例如扩增转基因细胞、分离克隆、通过测序或qPCR分析编辑效率,非常耗时费力。由于对细胞进行单独分析,单细胞分析可以跳过克隆扩增步骤,从而节省时间。此外,基因转移/基因组编辑的效率和意外易位的检测可以在单次检测中进行(图3)。
图 1. M3NetFlow 的模型架构。❶ 将独热编码和多组学特征集成到每个节点的向量中。然后,将药物-基因和基因-基因相互作用合并到邻接矩阵中。❷ 在子图中执行基于多跳注意的传播。❸ 使用组合加权邻接矩阵进行全局信号传播。❹ 下游任务。(1)解码药物节点对以预测药物协同作用分数。(2)使用池化策略预测患者结果。
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