Применение метода HDBSСAN для кластеризации данных scRNA-seq
Мария Андреевна АКИМЕНКОВА,
Анна Анатольевна МАЗНИНА,
Антон Юрьевич НАУМОВ,
Евгений Андреевич КАРПУЛЕВИЧ https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2020-32(5)-8
Аннотация
Одной из основных задач при анализе данных РНК-секвенирования единичных клеток является идентификация типов и подтипов клеток, которая обычно основана на каком-либо методе кластеризации. Существует ряд общепринятых подходов к решению проблемы кластеризации, один из которых реализован в пакете Seurat. На качество кластеризации, помимо прочего, влияет использование алгоритмов предварительной обработки, таких как импутация, уменьшение размерности, отбор признаков и т. д. В статье для кластеризации данных scRNA-seq используется метод иерархической кластеризации HDBSCAN. Для более полного сравнения эксперименты и сравнения проводились на двух размеченных наборах данных: Zeisel (3005 клеток) и Romanov (2881 клетка). Для сравнения качества кластеризации использовались две внешние метрики: скорректированный индекс Рэнда и V-мера. Эксперименты продемонстрировали более высокое качество кластеризации методом HDBSCAN на наборе данных Zeisel и более низкое качество на наборе данных Romanov.
Об авторах
Мария Андреевна АКИМЕНКОВА
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН,
Московский физико-технический институт
Россия
Лаборант отдела «Информационные системы»
Россия
Лаборант отдела «Информационные системы»
Анна Анатольевна МАЗНИНА
Московский физико-технический институт
Россия
Лаборант лаборатории геномной инженерии
Россия
Лаборант лаборатории геномной инженерии
Антон Юрьевич НАУМОВ
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН
Россия
Стажер-исследователь отдела «Информационные системы»
Россия
Стажер-исследователь отдела «Информационные системы»
Евгений Андреевич КАРПУЛЕВИЧ
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН,
Московский физико-технический институт
Россия
Научный сотрудник отдела «Информационные системы»
Россия
Научный сотрудник отдела «Информационные системы»
Список литературы
1. A. Butler, P. Hoffman, P. Smibert, E. Papalexi, and R. Satija. Integrating single-cell transcriptomic data across different conditions, technologies, and species. Nature biotechnology, vol. 36, no. 5, 2018, pp. 411–420.
2. L. McInnes, J. Healy, and S. Astels. hdbscan: Hierarchical density based clustering. Journal of Open Source Software, vol. 2, no. 11, 2017, article no. 205.
3. S. Wold, K. Esbensen, and P. Geladi. Principal component analysis. Chemometrics and intelligent laboratory systems, vol. 2, no. 1-3, 1987, pp. 37–52.
4. L. McInnes, J. Healy, and J. Melville. Umap: Uniform manifold approximation and projection for dimension reduction. arXiv preprint arXiv:1802.03426, 2018.
5. G. Eraslan, L. M. Simon, M. Mircea, N. S. Mueller, and F. J. Theis. Single-cell rna-seq denoising using a deep count autoencoder. Nature communications, vol. 10, no. 1, 2019, pp. 1–14.
6. E. Schubert, J. Sander, M. Ester, H. P. Kriegel, and X. Xu. Dbscan revisited, revisited: why and how you should (still) use dbscan. ACM Transactions on Database Systems, vol. 42, no. 3, 2017, pp. 1–21.
7. H. Lu, M. Halappanavar, and A. Kalyanaraman. Parallel heuristics for scalable community detection. Parallel Computing, vol. 47, 2015, pp. 19–37.
8. P. Brennecke, S. Anders, J. Kim et al. Accounting for technical noise in single-cell rna-seq experiments. Nature Methods, vol. 10, 2013, pp. 1093–1095.
9. S. Prabhakaran, E. Azizi, A. Carr, D. Pe'er. Dirichlet process mixture model for correcting technical variation in single-cell gene expression data. In Proc. of the 33rd International Conference on Machine Learning, 2016, pp 1070-1079.
10. A. Zeisel, A.B. Mũnoz-Manchado et al. Cell types in the mousecortex and hippocampus revealed by single-cell rna-seq. Science, vol. 347, no. 6226, 2015, pp.1138–1142.
11. R.A. Romanov, A. Zeisel et al. Molecular interrogation of hypothalamic organization reveals distinct dopamine neuronal subtypes. Nature neuroscience, vol. 20, no. 2, 2017, pp. 176–188.
12. W. Li and J.J. Li. An accurate and robust imputation method scimpute for single-cell rna-seq data. Nature communications, vol. 9, no. 1, 2018, article no. 997.
13. D. Steinley. Properties of the hubert-arable adjusted rand index. Psychological methods, vol. 9, no. 3, 2004, pp. 386–396.
14. A. Rosenberg and J. Hirschberg. V-measure: A conditional entropy-based external cluster evaluation measure. In Proc. of the 2007 Joint Conference on Empirical Methods in Natural Language Processing and Computational Natural Language Learning (EMNLP-CoNLL), 2007, pp. 410–420.
Рецензия
Для цитирования:
АКИМЕНКОВА М.А., МАЗНИНА А.А., НАУМОВ А.Ю., КАРПУЛЕВИЧ Е.А. Применение метода HDBSСAN для кластеризации данных scRNA-seq. Труды Института системного программирования РАН. 2020;32(5):111-120. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2020-32(5)-8
For citation:
AKIMENKOVA M.A., MAZNINA A.A., NAUMOV A.Yu., KARPULEVICH E.A. Application of HDBSСAN Method for Clustering scRNA-seq Data. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2020;32(5):111-120. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2020-32(5)-8
Послать статью по эл. почте 