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2 years ago 把单细胞表达量矩阵换一个单位（DoRothEA包） by 单细胞天地
一般来说单细胞表达量矩阵都是以基因为单位，我们可以很容易走常规的降维聚类分群并且合理的进行生物学命名，比如我们对官方 pbmc3k 例子，跑标准代码：
library(Seurat)
# https://cf.10xgenomics.com/samples/cell/pbmc3k/pbmc3k_filtered_gene_bc_matrices.tar.gz
## Load the PBMC dataset
pbmc.data <- Read10X(data.dir = "filtered_gene_bc_matrices/hg19/")
## Initialize the Seurat object with the raw (non-normalized data).
pbmc <- CreateSeuratObject(counts = pbmc.data, project = "pbmc3k",
min.cells = 3, min.features = 200)
## Identification of mithocondrial genes
pbmc[["percent.mt"]] <- PercentageFeatureSet(pbmc, pattern = "^MT-")
## Filtering cells following standard QC criteria.
pbmc <- subset(pbmc, subset = nFeature_RNA > 200 & nFeature_RNA < 2500 &
percent.mt < 5)
## Normalizing the data
pbmc <- NormalizeData(pbmc, normalization.method = "LogNormalize",
scale.factor = 10000)
pbmc <- NormalizeData(pbmc)
## Identify the 2000 most highly variable genes
pbmc <- FindVariableFeatures(pbmc, selection.method = "vst", nfeatures = 2000)
## In addition we scale the data
all.genes <- rownames(pbmc)
pbmc <- ScaleData(pbmc, features = all.genes)
pbmc <- RunPCA(pbmc, features = VariableFeatures(object = pbmc),
verbose = FALSE)
pbmc <- FindNeighbors(pbmc, dims = 1:10, verbose = FALSE)
pbmc <- FindClusters(pbmc, resolution = 0.5, verbose = FALSE)
pbmc <- RunUMAP(pbmc, dims = 1:10, umap.method = "uwot", metric = "cosine")
table(pbmc$seurat_clusters)
# pbmc.markers <- FindAllMarkers(pbmc, only.pos = TRUE, min.pct = 0.25, logfc.threshold = 0.25, verbose = FALSE)
DimPlot(pbmc, reduction = "umap", group.by = 'seurat_clusters',
label = TRUE, pt.size = 0.5)
DotPlot(pbmc, features = c("MS4A1", "GNLY", "CD3E",
"CD14", "FCER1A", "FCGR3A",
"LYZ", "PPBP", "CD8A"),
group.by = 'seurat_clusters')
## Assigning cell type identity to clusters
new.cluster.ids <- c("Naive CD4 T", "CD14+ Mono", "Memory CD4 T", "B", "CD8 T",
"FCGR3A+ Mono", "NK", "DC", "Platelet")
names(new.cluster.ids) <- levels(pbmc)
pbmc <- RenameIdents(pbmc, new.cluster.ids)
DimPlot(pbmc, reduction = "umap", label = TRUE, pt.size = 0.5) + NoLegend()
pbmc$cluster_by_counts=Idents(pbmc)
table(pbmc$cluster_by_counts)
得到的结果如下所示：
根据我们的生物学背景，可以进行如下所示的命名：
这个时候的生物学背景因人而异哦，比如我这里对myeloid了解不多，所以就没有细分出来巨噬细胞，单核细胞，树突细胞等等。仅仅是举例而已。
首先可以替换成为转录因子活性
这里推荐一个 R包，DoRothEA on http://bioconductor.org/ and https://github.com/saezlab/dorothea.
获取包自带数据库
if (!requireNamespace("BiocManager", quietly = TRUE))
install.packages("BiocManager")
BiocManager::install("dorothea")
library(tidyverse)
## We read Dorothea Regulons for Human:
dorothea_regulon_human <- get(data("dorothea_hs", package = "dorothea"))
## We obtain the regulons based on interactions with confidence level A, B and C
regulon <- dorothea_regulon_human %>%
dplyr::filter(confidence %in% c("A","B","C"))
使用数据库去分析pbmc
## We compute Viper Scores
library(dorothea)
pbmc <- run_viper(pbmc, regulon,
options = list(method = "scale", minsize = 4,
eset.filter = FALSE, cores = 1,
verbose = FALSE))
重新进行降维聚类分群：
## We compute the Nearest Neighbours to perform cluster
DefaultAssay(object = pbmc) <- "dorothea"
pbmc <- ScaleData(pbmc)
pbmc <- RunPCA(pbmc, features = rownames(pbmc), verbose = FALSE)
pbmc <- FindNeighbors(pbmc, dims = 1:10, verbose = FALSE)
pbmc <- FindClusters(pbmc, resolution = 0.5, verbose = FALSE)
pbmc <- RunUMAP(pbmc, dims = 1:10, umap.method = "uwot", metric = "cosine")
DimPlot(pbmc, reduction = "umap", label = TRUE, pt.size = 0.5) + NoLegend()
library(gplots)
balloonplot(table(pbmc$dorothea_snn_res.0.5,
pbmc$cluster_by_counts))
同一个10x单细胞数据的两个矩阵各自的降维聚类分群是类似的，但是又不能完全一致：
这个时候的表达量矩阵并不是原始的每个基因在每个细胞里面的counts值了哦，而是每个转录因子在每个细胞的活性情况，我们也可以人工命名，
后面也可以对这样的矩阵（每个转录因子在每个细胞的活性情况） ，进行差异分析等等，参考；https://bioconductor.org/packages/release/data/experiment/vignettes/dorothea/inst/doc/single_cell_vignette.html
也可以可以替换成为gsea打分
单位就是各个基因集，比如MSigDB（Molecular Signatures Database）数据库中定义了已知的基因集合：http://software.broadinstitute.org/gsea/msigdb 包括H和C1-C7八个系列（Collection），每个系列分别是：
H: hallmark gene sets （癌症）特征基因集合，共50组，最常用； C1: positional gene sets 位置基因集合，根据染色体位置，共326个，用的很少； C2: curated gene sets：（专家）校验基因集合，基于通路、文献等： C3: motif gene sets：模式基因集合，主要包括microRNA和转录因子靶基因两部分 C4: computational gene sets：计算基因集合，通过挖掘癌症相关芯片数据定义的基因集合； C5: GO gene sets：Gene Ontology 基因本体论，包括BP（生物学过程biological process，细胞原件cellular component和分子功能molecular function三部分） C6: oncogenic signatures：癌症特征基因集合，大部分来源于NCBI GEO 发表芯片数据 C7: immunologic signatures: 免疫相关基因集合。
全新的矩阵是基因集在每个细胞的打分矩阵，然后可以再次聚类看看！
作为学徒作业
大家需要拿kegg的约300个通路，对这个pbmc3k单细胞表达量矩阵进行ssGSEA打分后得到矩阵，进行降维聚类分群！
写在文末
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迈向数字游民之路
最近在朋友圈刷到了【一刻talks先见未来大会2020】的演讲视频，其中一个讲者很有意思、就是海尔集团海创汇合伙人，首席生态官——檀林，他的演讲：数字游民时代来临，你做好准备了吗？ 详细演讲视频介绍见：檀林：数字游民时代来临，你做好准备了吗？
让我接触到了“数字游民”这个词，其实最先提出“数字游民”构想的是一位名叫Tsugio Makimoto的日本高管。早在1997年，他便出版了一本名叫《Digital Nomad》的书：“未来的人类社会，高速的无线网络和强大的移动设备会打破职业和地理区域之间的界限，成千上万的人会卖掉他们的房子，去拥抱一种在依靠互联网创造收入的同时周游世界的全新生活方式。这些人通过互联网赚取第一世界水平的收入，却选择生活在那些发展中国家物价水平的地方，他们被称作Digital Nomad（数字游民）。这种生活方式让他们彻底脱离了朝九晚五，办公室格挡和令人烦恼的通勤。”
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