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基因调控源于分散的顺式调控元件之间的协调相互作用，然而这些元件如何整合成功能性调控网络并共同调控基因转录，仍然知之甚少。在此，我们提出 ORIGAMI——一种多组学、以基因为中心的深度学习框架，用于重建受转录输出约束的功能性顺式调控网络。ORIGAMI 将顺式调控建模表述为一个潜在图推断任务，整合 DNA 序列、表观基因组信号和三维染色质先验信息，以推断去噪的调控图，从而捕获功能性交互，而非仅仅反映结构邻近性。所推断的调控图呈现出不同的拓扑模式，其中层级化和模块化组织编码了细胞状态特异性的功能需求，并实现协同的转录调控。此外，我们表明，这些调控架构在疾病背景下会发生可测量的、状态依赖性的重连。最后，ORIGAMI 能够准确预测顺式和反式调控扰动的转录后果，并将调控架构的重排与扰动响应联系起来。总体而言，ORIGAMI 推进了基于网络的基因调控视角，并为调控动态的虚拟细胞建模奠定了基础。
层级式顺式调控网络的计算重建揭示协同转录控制与疾病相关重连
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层级式顺式调控网络的计算重建揭示协同转录控制与疾病相关重连
Xunuo Zhu，Xuheng Zhou，Yufang Zhang，Guoxin Cai，Wenyi Zhao，Binbin Zhou，Jingqi Zhou，Zefang Tang，Jie Liu，Qiang Zhu，Ji Cao，Bo Yang，Xun Gu，Zhan Zhou
doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.24.734159
Xunuo Zhu 1 浙江大学；
Xuheng Zhou 1 浙江大学；
Yufang Zhang 1 浙江大学；
Guoxin Cai 1 浙江大学；
Wenyi Zhao 1 浙江大学；
Binbin Zhou 2 杭州城市大学；
Jingqi Zhou 3 上海交通大学医学院；
Zefang Tang 1 浙江大学；
Jie Liu 4 香港城市大学；
Qiang Zhu 1 浙江大学；
Ji Cao 1 浙江大学；
Bo Yang 1 浙江大学；
Xun Gu 5 艾奥瓦州立大学
Zhan Zhou 1 浙江大学；
通讯作者： zhanzhou{at}zju.edu.cn
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摘要
基因调控源于分散的顺式调控元件之间的协同相互作用，然而这些元件如何整合为功能性调控网络并共同调控基因转录，仍然知之甚少。在此，我们提出 ORIGAMI，这是一个多组学、以基因为中心的深度学习框架，可在转录输出约束下重建功能性顺式调控网络。ORIGAMI 将顺式调控建模表述为一个潜在图推断任务，整合 DNA 序列、表观基因组信号以及三维染色质先验信息，以推断去噪的调控图，从而捕获功能性交互，而非仅仅反映结构上的邻近性。所推断的调控图表现出不同的拓扑状态，其中层级化和模块化组织编码了细胞状态特异性的功能需求，并实现协同的转录控制。此外，我们表明，这些调控架构在不同疾病背景下会发生可测量的、状态依赖性的重连。最后，ORIGAMI 能够准确预测顺式和反式调控扰动对转录造成的后果，并将调控架构的重排与扰动响应联系起来。总体而言，ORIGAMI 推进了基于网络视角的基因调控研究，并为调控动态的虚拟细胞建模奠定了基础。
利益冲突声明
作者声明不存在竞争性利益。
已声明资助信息
中国国家重点研发计划 2024YFA1306400
国家自然科学基金委员会 32370712 82541001
浙江省自然科学基金 LD26H300001 LQ24C060005
浙江省“尖兵领雁 + X”科技计划 2024C03003 2026C02A1096
中央高校基本科研业务费 226-2025-00065
版权
本预印本的。
本文依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议 发布。
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发布于 2026 年 6 月 26 日。
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Xunuo Zhu，Xuheng Zhou，Yufang Zhang，Guoxin Cai，Wenyi Zhao，Binbin Zhou，Jingqi Zhou，Zefang Tang，Jie Liu，Qiang Zhu，Ji Cao，Bo Yang，Xun Gu，Zhan Zhou
bioRxiv 2026.06.24.734159； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.24.734159
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层级式顺式调控网络的计算重建揭示协同转录控制与疾病相关重连
Xunuo Zhu，Xuheng Zhou，Yufang Zhang，Guoxin Cai，Wenyi Zhao，Binbin Zhou，Jingqi Zhou，Zefang Tang，Jie Liu，Qiang Zhu，Ji Cao，Bo Yang，Xun Gu，Zhan Zhou
bioRxiv 2026.06.24.734159； doi： https://doi.org/10.64898/2026.06.24.734159
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.24.734159v1?rss=1
🏷️ 顺式调控网络 多组学整合 深度学习 转录调控 三维染色质 疾病相关重连