Motivation: Single cell RNA sequencing (scRNA-seq) data makes studying the development of cells possible at unparalleled resolution. Given that many cellular differentiation processes are hierarchical, their scRNA-seq data is expected to be approximately tree-shaped in gene expression space. Inference and representation of this tree-structure in two dimensions is highly desirable for biological interpretation and exploratory analysis.Results:Our two contributions are an approach for identifying a meaningful tree structure from high-dimensional scRNA-seq data, and a visualization method respecting the tree-structure. We extract the tree structure by means of a density based minimum spanning tree on a vector quantization of the data and show that it captures biological information well. We then introduce DTAE, a tree-biased autoencoder that emphasizes the tree structure of the data in low dimensional space. We compare to other dimension reduction methods and demonstrate the success of our method both qualitatively and quantitatively on real and toy data.Availability: Our implementation relying on PyTorch and Higra is available at https://github.com/hci-unihd/DTAE.


翻译:动力:单细胞 RNA 序列(scRNA-seq) 数据使得能够以无与伦比的分辨率研究细胞的开发。鉴于许多细胞分化过程是等级的,它们的 scRNA-seq 数据在基因表达空间中大概是树形的。生物解释和探索分析非常需要这种树结构的两个层面的推论和表示。Results:我们的两个贡献是一种方法,从高维的 scRNA-seq 数据以及树结构的可视化方法中确定一个有意义的树结构。我们通过在数据矢量的量定分层上以基于最小密度的树来提取树结构,并表明它捕捉到生物信息。然后我们引入DTAE,一个强调低维空间数据树形结构的树型自动编码器。我们比较了其他的减少维度方法,并表明我们的方法在质量和数量上对真实数据和玩具数据的成功。Available:我们依靠PyTorch和Higra的落实情况可在 https://github. /hci-unigh-lihd.

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