scBPGRN: Integrating single-cell multi-omics data to construct gene regulatory networks based on BP neural network

基因调控网络 计算生物学 构造(python库) 基因 表观遗传学 生物 DNA甲基化 基因组学 计算机科学 基因组 数据挖掘 生物信息学 遗传学 基因表达 程序设计语言
作者
Chenxu Xuan,Yan Wang,Bai Zhang,Wu HanWen,Tao Ding,Jie Gao
出处
期刊:Computers in Biology and Medicine [Elsevier]
卷期号:151: 106249-106249 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.compbiomed.2022.106249
摘要

The deterioration and metastasis of cancer involve various aspects of genomic changes, including genomic DNA changes, epigenetic modifications, gene expression, and other complex interactions. Therefore, integrating single-cell multi-omics data to construct gene regulatory networks containing more omics information is of great significance for understanding the pathogenesis of cancer. In this article, an algorithm integrating single-cell RNA sequencing data and DNA methylation data to construct a gene regulatory network based on the back-propagation (BP) neural network (scBPGRN) is proposed. This algorithm uses biweight extreme correlation coefficients to measure the correlation between factors and uses neural networks to calculate generalized weights to construct gene regulation networks. Finally, the node strength is calculated to identify the genes associated with cancer. We apply the scBPGRN algorithm to hepatocellular carcinoma (HCC) data. We construct a regulatory network and identify top-ranked genes, such as MYCBP, KLHL35, PRKCZ, and SERPINA6, as the key HCC-related genes. We analyze the top 100 genes, and the HCC-related genes are concentrated in the top 20. In addition, the single cell data is found to consist of two subpopulations. We also apply scBPGRN to two subpopulations. We analyze the top 50 genes in them, and the HCC-related genes are concentrated in the top 20. The consequences of functional enrichment analysis indicate that the gene regulatory network we have constructed is valid. Our results have been verified in several pieces of literature. This study provides a reference for the integration of single-cell multi-omics data to construct gene regulatory networks.
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