10X單細胞(10X空間轉錄組)TCR數據分析之TCRdist(3)

今天我們繼續掃盲,學習一些基礎的知識和概念。

Gene enrichment and covariation analysis

其實我們在做TCR分析的時候,應該也是實驗組 + 對照組進行分析,其中做重要的就是我們要尋找實驗組在接受病原刺激后TCR重排選擇基因的偏好性。Gene usage preferences were quantified by calculating a normalized Jensen–Shannon divergence (JSD) between the observed gene segment frequencies for each repertoire and background gene frequencies calculated from large-scale repertoire profiling studies,這里其實就是相對于正常的樣本,疾病樣本在TCR重排基因選擇的偏好性,當然,這里用到的是JS散度,大家可以參考文章KL散度、JS散度、Wasserstein距離,JSD 是 Kullback-Leibler 散度的對稱版本,further normalize the JSD values by dividing them by the mean Shannon entropy(香農熵,又叫信息熵,大家參考我之前的文章10X單細胞(10X空間轉錄組)基礎算法之KL散度) of the two distributions being compared, which helps to correct for variation in total gene number across segments。To set lower significance thresholds for the JSD heat maps(that is, the values below which the mapped colour is a uniform dark blue)。
圖片.png
we compared the 2–4 different background repertoire datasets(這里就設置成我們的對照樣本) for each chain/organism to one another and took the largest observed JSD value across all comparisons.
Covariation(協變,協方差) between gene usage in different segments was quantified using the adjusted mutual information,a variant of the mutual information metric that corrects for the numbers and frequencies of the observed genes (mutual information between pairs of distributions tends to increase with the number of observation classes)。當然,這個在單細胞數據中其實應該用到的不多。

CDR3 motif discovery.

used a simple, depth-first search procedure to identify over-represented sequence patterns in the CDR3 amino sequences of each repertoire.Motifs were represented as fixed-length patterns consisting of fully-specified amino acid positions, wild card positions, and amino acid group positions,The score of a motif was calculated using a chi-squared formalism:

motif\_score = (observed ? expected)2 / expected

where ‘observed’ represents the number of times the motif was observed in the repertoire sequences and ‘expected’ represents an estimate of the expected number of observations based on a background set of TCR sequences with V and J gene compositions that match the observed repertoire(這里的背景我們設置為單細胞的對照樣本)。(這一部分才是最為關鍵的地方)。
Starting with two-position motifs scoring above a seed threshold, each motif was iteratively extended by adding new specified positions (that is, replacing an internal wild card or lengthening the motif at either end) that increased the motif score.The set of identified motifs were sorted by motif score and filtered for redundancy。Finally, motifs scoring above a threshold were extended to include near-neighbour TCRs using a stringent distance threshold; this allowed us to capture additional pattern instances that were not captured by our limited set of amino acid groupings. The final set of motifs for each repertoire were visualized using the TCR logo representation。(看來這才是TCR分析正確的打開方式)。

TCRdiv 多樣性的衡量(也很重要)

為了衡量多樣性,generalizes Simpson’s diversity index by accounting for TCR similarity as well as exact identity(關于辛普森多樣性指數,大家可以百度百科一下)。辛普森多樣性可以被認為是衡量從混合總體中抽取兩個獨立樣本中相同物種或類別的項目的概率,或者換句話說,如果樣本是返回 1 的兩個抽取樣本的函數的期望值 相同,否則為 0 。We instead estimate the expected value of a Gaussian function(高斯函數,確實需要很多的數學知識) of the inter-sample distance that returns 1 if the two samples are identical and exp(? (TCRdist(a,b) / s.d.)2) otherwise, where the s.d. was taken to be 18.45 for single-chain distances and twice that for paired analyses based on empirical assessments of receptor distance distributions for multiple epitopes。Taking the inverse of this estimate gives a diversity measure (TCRdiv) that can be interpreted as an effective population size for similarity-weighted sharing.(這部分有點難以理解,大家需要多一些耐心和學習了).

這部分的代碼在tcr-dist,作者已經都封裝好了,我們用一下就可以,感興趣大家可以多多學習一下。

到目前為止,算是把基礎說完了,接下來的分析,就要更上一層樓了。

生活很好,有你更好

?著作權歸作者所有,轉載或內容合作請聯系作者
平臺聲明:文章內容(如有圖片或視頻亦包括在內)由作者上傳并發布,文章內容僅代表作者本人觀點,簡書系信息發布平臺,僅提供信息存儲服務。
禁止轉載,如需轉載請通過簡信或評論聯系作者。
  • 序言:七十年代末,一起剝皮案震驚了整個濱河市,隨后出現的幾起案子,更是在濱河造成了極大的恐慌,老刑警劉巖,帶你破解...
    沈念sama閱讀 230,431評論 6 544
  • 序言:濱河連續發生了三起死亡事件,死亡現場離奇詭異,居然都是意外死亡,警方通過查閱死者的電腦和手機,發現死者居然都...
    沈念sama閱讀 99,637評論 3 429
  • 文/潘曉璐 我一進店門,熙熙樓的掌柜王于貴愁眉苦臉地迎上來,“玉大人,你說我怎么就攤上這事。” “怎么了?”我有些...
    開封第一講書人閱讀 178,555評論 0 383
  • 文/不壞的土叔 我叫張陵,是天一觀的道長。 經常有香客問我,道長,這世上最難降的妖魔是什么? 我笑而不...
    開封第一講書人閱讀 63,900評論 1 318
  • 正文 為了忘掉前任,我火速辦了婚禮,結果婚禮上,老公的妹妹穿的比我還像新娘。我一直安慰自己,他們只是感情好,可當我...
    茶點故事閱讀 72,629評論 6 412
  • 文/花漫 我一把揭開白布。 她就那樣靜靜地躺著,像睡著了一般。 火紅的嫁衣襯著肌膚如雪。 梳的紋絲不亂的頭發上,一...
    開封第一講書人閱讀 55,976評論 1 328
  • 那天,我揣著相機與錄音,去河邊找鬼。 笑死,一個胖子當著我的面吹牛,可吹牛的內容都是我干的。 我是一名探鬼主播,決...
    沈念sama閱讀 43,976評論 3 448
  • 文/蒼蘭香墨 我猛地睜開眼,長吁一口氣:“原來是場噩夢啊……” “哼!你這毒婦竟也來了?” 一聲冷哼從身側響起,我...
    開封第一講書人閱讀 43,139評論 0 290
  • 序言:老撾萬榮一對情侶失蹤,失蹤者是張志新(化名)和其女友劉穎,沒想到半個月后,有當地人在樹林里發現了一具尸體,經...
    沈念sama閱讀 49,686評論 1 336
  • 正文 獨居荒郊野嶺守林人離奇死亡,尸身上長有42處帶血的膿包…… 初始之章·張勛 以下內容為張勛視角 年9月15日...
    茶點故事閱讀 41,411評論 3 358
  • 正文 我和宋清朗相戀三年,在試婚紗的時候發現自己被綠了。 大學時的朋友給我發了我未婚夫和他白月光在一起吃飯的照片。...
    茶點故事閱讀 43,641評論 1 374
  • 序言:一個原本活蹦亂跳的男人離奇死亡,死狀恐怖,靈堂內的尸體忽然破棺而出,到底是詐尸還是另有隱情,我是刑警寧澤,帶...
    沈念sama閱讀 39,129評論 5 364
  • 正文 年R本政府宣布,位于F島的核電站,受9級特大地震影響,放射性物質發生泄漏。R本人自食惡果不足惜,卻給世界環境...
    茶點故事閱讀 44,820評論 3 350
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一處隱蔽的房頂上張望。 院中可真熱鬧,春花似錦、人聲如沸。這莊子的主人今日做“春日...
    開封第一講書人閱讀 35,233評論 0 28
  • 文/蒼蘭香墨 我抬頭看了看天上的太陽。三九已至,卻和暖如春,著一層夾襖步出監牢的瞬間,已是汗流浹背。 一陣腳步聲響...
    開封第一講書人閱讀 36,567評論 1 295
  • 我被黑心中介騙來泰國打工, 沒想到剛下飛機就差點兒被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道東北人。 一個月前我還...
    沈念sama閱讀 52,362評論 3 400
  • 正文 我出身青樓,卻偏偏與公主長得像,于是被迫代替她去往敵國和親。 傳聞我的和親對象是個殘疾皇子,可洞房花燭夜當晚...
    茶點故事閱讀 48,604評論 2 380

推薦閱讀更多精彩內容