11月30日，國際著名學術期刊Nature Communications在線刊發(fā)了中國科學院上海生科院（人口健康領域）馬普計算生物學伙伴研究所韓敬東研究組與中國科學院生物化學與細胞生物學研究所景乃禾研究組和清華大學沈沁研究組合作發(fā)表的論文“Inference of differentiation time for single cell transcriptomes using cell population reference data”。該研究通過開發(fā)計算工具包（iCpSc）用于整合單細胞和群體細胞轉錄組數(shù)據(jù)，來預測細胞分化過程中單細胞的分化時間和路徑，并通過基因調控網(wǎng)絡分析尋找重要調控因子和信號通路。
單細胞轉錄組測序技術作為一個強大的方法應用于分析發(fā)育和重編程過程的細胞異質性。分析細胞間異質性的一個關鍵目標就是尋找未知的細胞狀態(tài)或者重構細胞譜系的發(fā)育軌跡。單細胞轉錄組數(shù)據(jù)中可能會包含一些生物或非生物的干擾因子（如細胞周期），現(xiàn)有的計算生物學分析方法往往需要先根據(jù)分析人員的判斷去除這些因子。
然而，在很多情況下，細胞周期調控對發(fā)育和細胞分化起重要作用，比如G1和M期的長短調控了神經(jīng)細胞命運決定。研究表明，在小鼠胚胎發(fā)育中，神經(jīng)發(fā)育是一個分步調控的過程。雖然近年來的研究闡明了很多參與神經(jīng)命運決定的分子和信號通路，然而，是否還有其他因子以及這些因子如何相互作用調控神經(jīng)命運決定還尚未確定。
曾有研究表明，通過體外培養(yǎng)小鼠胚胎干細胞，神經(jīng)細胞可以分步被誘導產生，并且很好的模擬體內神經(jīng)分化的過程。在本研究中，科研人員通過開發(fā)一種計算工具包（iCpSc）用于整合單細胞和群體細胞轉錄組數(shù)據(jù)，來預測細胞分化過程中單細胞的分化時間和路徑，通過在模擬數(shù)據(jù)集和文獻數(shù)據(jù)集中測試表明了iCpSc的優(yōu)勢。為進一步檢驗這個方法的有效性，研究人員采用研究小鼠神經(jīng)分化的體外誘導模型，首先在非常密集的時間點中選取了8個具有代表性的時間點，產生了單細胞轉錄組和相應的群體細胞轉錄組數(shù)據(jù)，利用iCpSc預測每個單細胞的分化時間和路徑。之后，運用相關分析得到分化相關基因（“timer” genes），并且發(fā)現(xiàn)細胞周期調控因子富集在其中。接下來，通過構建基因調控網(wǎng)絡找到了協(xié)調細胞周期和神經(jīng)細胞分化的關鍵調控基因。最后，通過對Fyn進行CRISPR/Cas9基因敲除實驗和小分子抑制劑實驗，驗證了Fyn和M期在控制神經(jīng)細胞分化時間中的重要作用。
該研究得到了國家自然科學基金，中科院，以及科技部等項目的共同資助。
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