[发明专利]一种基于外泌体miRNA和单细胞核转录组联合的细胞-miRNA-细胞网络构建方法及系统

说明书

本发明公开了一种同一组织外泌体miRNA和单细胞核转录组数据联合分析，以获取miRNA介导的细胞群调控网络的方法。通过鉴定单细胞核转录组数据中primarymiRNA及其在mRNA细胞类群中的表达数据，可获得上游细胞和miRNA关系对；通过关联外泌体miRNA表达数据、单细胞mRNA表达数据，可获得miRNA和下游细胞类型gene(mRNA)关系对；最后基于前两种方法结果和单细胞转录组细胞通讯数据，可构建完整上游细胞‑miRNA‑下游细胞功能互作调控网络，为鉴定特定miRNA的来源细胞类型以及下游调控细胞类型，明确不同细胞类型之间的互作与调控提供了数据支持。实现从实验到生物信息分析的同一组织外泌体miRNA测序分析及单细胞核测序分析的完整技术方案。本发明还公开了实现上述方法的系统及方法的应用。

技术领域

本发明属于生物信息技术领域，涉及一种同一组织外泌体miRNA和单细胞核转录组数据联合分析，以获取miRNA介导的细胞群调控网络的方法及系统。

背景技术

外泌体是由细胞分泌的，直径介于30～150nm的细胞外囊泡，是细胞相互进行细胞间通讯的主要载体，其中miRNA在各种生理或病理活动中均扮演重要的调控作用。单细胞核转录组测序(single nucleus RNAsequencing,snRNA-seq)是在单细胞水平对转录组进行测序的一项新技术，可获知细胞的功能、状态等关键信息，为揭示生命现象背后的生物学运作机制提供了详尽的数据，业已成为生命科学领域的核心研究手段与工具。

从本质上来说，生命现象是由不同细胞之间的互作所推动和展现的，即：生命是细胞的互作网络。现有的研究建立了在同一组织中同时开展外泌体miRNA测序及单细胞核测序的技术方案(申请公布号：CN 114350747A)，结合了细胞网络中的通讯信号及通讯节点，能够深入挖掘详尽、系统的细胞间互作网络，解答更复杂的生物学问题和更底层的生物学机制，为生命科学研究带来革命性发展。

测序数据需要适当的生物信息学算法才能解析具体的机制。在外泌体miRNA和单细胞核转录组测序数据的分析中，最为关键的内容是鉴定特定miRNA的来源细胞类型以及它下游调控的细胞类型，从而明确不同细胞类型之间的互作与调控。但目前单细胞转录组测序分析方法，或者miRNA测序数据分析方法中均没有适当的方法和流程能够实现上述分析，亟需开发一种能够对外泌体miRNA和单细胞核转录组测序数据进行联合分析的方法和流程。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种生物信息方法，应用于同一组织中外泌体miRNA数据及单细胞核转录组数据的联合分析，实现构建外泌体miRNA介导的细胞-miRNA-细胞调控网络，从而挖掘不同细胞类型之间的互作与调控关系。

为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

本发明预先获得了已有外泌体miRNA和单细胞转录组mRNA的数据。

本发明的方法主要步骤如下：

步骤一、基于单细胞核转录组，获得不同细胞类型primary miRNA(初级miRNA)的表达数据；

步骤二、基于步骤一中获得的不同细胞类型primary miRNA(初级miRNA)的表达数据，将每一细胞类型与其他所有细胞类型进行primary miRNA(初级miRNA)差异表达分析，获得上游细胞类型-miRNA关系对；

步骤三、对预先获得的外泌体miRNA结果和单细胞核不同细胞类型mRNA表达数据进行相关性分析，获得负相关miRNA-gene(mRNA)关系对；

步骤四、基于mRNA单细胞的细胞通讯配体gene、受体gene和对应细胞类型数据，结合步骤三相关性分析获得的miRNA-gene(mRNA)关系对，以gene(mRNA)作为媒介，获得miRNA-下游细胞类型关系对；