RNA速度-RNA velocity是什么

一句话评价
通过动态模型评估细胞瞬间状态的RNA速度

文章信息
题目：Generalizing RNA velocity to transient cell states through dynamical modeling
杂志：bioRxiv
时间：Oct. 29,2019
链接: http://dx.doi.org/10.1101/820936.

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下图是作者利用该方法对胰腺内分泌发育构建的动态图谱

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文章介绍：

这篇文章介绍了利用一个新的模型—动态模型对细胞瞬间态的RNA速度（RNA velocity）进行评估计算。关键词动态模型和RNA速度，这里对动态模型的算法和实现过程暂不详细解释，主要了解RNA速度的概念和应用以及这篇文章中开发的方法的优点。

• RNA velocity的概念

  RNA velocity, 我直译为RNA速度，这一概念是18年由瑞典卡罗林斯卡医学院的Sten Linnarsson和 Peter V. Kharchenko两个实验室提出的，相关研究成果发表Nature(2018, August, Nature)。RNA丰度是单个细胞状态的一个有力指标。单细胞测序技术可以灵敏、准确地揭示RNA的丰度。然而，这种方法仅能捕获在某个时间点的静态快照，使得分析随着时间动态变化的现象面临挑战（如胚胎发生或组织再生）。这里他们提出的RNA速度（RNA velocity）—可以理解为通过对unspliced(nascent) 和spliced(mature) mRNA丰度的评估在时间维度上揭示转录本动态变化的一个指标。

  • RNA velocity应用

    RNA velocity是一个转录本动态变化的指标，能预测细胞未来的状态变化。可以用于细胞分化、谱系发育、肿瘤微环境中细胞成分的动态变化等研究。张泽民老师实验室刚发表的肝癌免疫图谱的文章中就有通过RNA velocity的分析揭示肿瘤微环境中巨噬细胞的迁移(2019,October,Cell) （张老师实验室用的是Scanpy方法分析的RNA velocity）。

    • scVelo—以动态模型对细胞瞬间态的RNA velocity进行评估计算的方法

    回到这篇文章，作者认为现有的计算RNA velocity的模型在一些情况下存在不足，他称这种模型为稳态模型(steady-state model), 这种模型有个两个基本的假设：即（i）在基因水平上，所有具有转录诱导、抑制和稳态mRNA水平的完整剪接动力学被捕捉到；（ii）在细胞水平上，所有基因具有共同的剪接率。但是，当一个种群包含多个具有不同动力学的异质亚种群时，这些假设常常被违背。

    所以，他们开发的seVelo，一个基于似然的动力学模型(likelihood-based dynamical model)，它解决了以上提出的全基因转录动力学的问题，从而将RNA速度估计推广到瞬态系统和具有非均匀亚种群动力学的系统。scVelo提供了两种扩展：一种是包含二阶矩的随机模型，另一种是捕获全剪接动力学的动力学模型。与scanpy也兼容。

    网址：scVelo: https://scvelo.org

    碎碎念

    评估科学研究的重要性通常有3方面：新的概念、新的方法、新的发现。18年Nature的那篇文章是提出了新的概念，这篇文章是开发了新的方法，我们还可以应用新的概念和新的方法，为自己关注的领域带来新的发现。

    相关文献：

    • 2018, August, Nature, RNA velocity of single cells：DOI: 10.1038/s41586-018-0414-6

    • 2019, October,Cell,Landscape and Dynamics of Single Immune Cells in Hepatocellular Carcinoma. https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.10.003.