Causal gene regulatory analysis with RNA velocity reveals an interplay between slow and fast transcription factors

生物 基因 抄写(语言学) 遗传学 转录因子 核糖核酸 计算生物学 基因表达 语言学 哲学
作者
Rohit Singh,Alexander P. Wu,Anish Mudide,Bonnie Berger
出处
期刊:Cell systems [Elsevier]
卷期号:15 (5): 462-474.e5 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.cels.2024.04.005
摘要

Single-cell expression dynamics, from differentiation trajectories or RNA velocity, have the potential to reveal causal links between transcription factors (TFs) and their target genes in gene regulatory networks (GRNs). However, existing methods either overlook these expression dynamics or necessitate that cells be ordered along a linear pseudotemporal axis, which is incompatible with branching trajectories. We introduce Velorama, an approach to causal GRN inference that represents single-cell differentiation dynamics as a directed acyclic graph of cells, constructed from pseudotime or RNA velocity measurements. Additionally, Velorama enables the estimation of the speed at which TFs influence target genes. Applying Velorama, we uncover evidence that the speed of a TF's interactions is tied to its regulatory function. For human corticogenesis, we find that slow TFs are linked to gliomas, while fast TFs are associated with neuropsychiatric diseases. We expect Velorama to become a critical part of the RNA velocity toolkit for investigating the causal drivers of differentiation and disease.

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