单细胞四组学数据的隐式层次张量分解揭示细胞类型相关的增强子-启动子调控程序

单细胞多组学为基因调控提供了互补视角，但将包含增强子、基因以及三维（3D）基因组位点等天然特征的多种模态进行整合仍然具有挑战性。本研究开发了一种隐式分层张量分解框架，并将其应用于 CHARM 单细胞四组学小鼠脑数据（GSE303006），通过联合分析 ATAC、H3K27ac、RNA 以及重建的 3D 增强子--启动子（E--P）距离。质量控制后，保留了 730,969 对 E--P 配对、42,669 个增强子、16,239 个基因、391,435 对 20-kb bin 配对以及 4,258 个细胞。每种模态均被独立降维至 20 个成分，并映射为一个隐式的 730,969×4,258×20×4 张量，随后在不显式构建完整数组的情况下对其进行分解。Tucker 核心中最大的 100 个元素所代表的 12 个不同细胞成分均表现出比重复效应更强的细胞类型效应（P=2.44×10^-4，符号检验）。一个代表性核心将 Inh_Ndnf/Lamp5--Ex_L3/4_IT 细胞轴与相互对立的突触前传递和发育/形态发生 E--P 程序联系起来。反投影显示，ATAC、H3K27ac 和 3D 效应在三个生物学重复中具有可重复性，而模块水平的 RNA 效应较弱。该框架揭示了跨分子模态共享但又不同于任何单一分子模态的调控结构。

单细胞多组学为基因调控提供了互补视角，但将包含增强子、基因和三维（3D）基因组位点等天然特征的多种模态进行整合仍具挑战性。本研究开发了一种隐式分层张量分解框架，并将其应用于 CHARM 单细胞四组学小鼠脑数据（GSE303006），通过联合分析 ATAC、H3K27ac、RNA 以及重建的 3D 增强子—启动子（E--P）距离。质量控制后，保留了 730,969 对 E--P 配对、42,669 个增强子、16,239 个基因、391,435 对 20-kb bin 配对以及 4,258 个细胞。每种模态均独立降维至 20 个分量，并映射为一个隐式的 730,969x4,258x20x4 张量；该张量在不显式构造完整数组的情况下完成分解。100 个最大 Tucker 核元素中所代表的 12 个不同细胞分量均显示出比重复效应更强的细胞类型效应（P=2.44 x 10-4，符号检验）。一个代表性的核心元素将 Inh_Ndnf/Lamp5--Ex_L3/4_IT 细胞轴与相互对照的突触前传递和发育/形态发生 E--P 程序联系起来。回投影显示，在三个生物学重复中，ATAC、H3K27ac 和 3D 效应具有可重复性，而模块层面的 RNA 效应较弱。该框架揭示了跨分子模态共享、但又不同于任何单一分子模态的调控结构。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.18.745447v1?rss=1

🏷️ 单细胞四组学 隐式层次张量分解 增强子-启动子调控 三维基因组 细胞类型特异性