The global spread of flaviviruses has triggered major outbreaks worldwide, significantly impacting public health, society, and economies. This has intensified research efforts to understand how flaviviruses interact with their hosts and manipulate the immune system, underscoring the need for advanced research tools. RNA-sequencing (RNA-seq) technologies have revolutionized our understanding of flavivirus infections by offering transcriptome analysis to dissect the intricate dynamics of virus-host interactions. Bulk RNA-seq provides a macroscopic overview of gene expression changes in virus-infected cells, offering insights into infection mechanisms and host responses at the molecular level. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) provides unprecedented resolution by analyzing individual infected cells, revealing remarkable cellular heterogeneity within the host response. A particularly innovative advancement, virus-inclusive single-cell RNA sequencing (viscRNA-seq), addresses the challenges posed by non-polyadenylated flavivirus genomes, unveiling intricate details of virus-host interactions. In this review, we discuss the contributions of bulk RNA-seq, scRNA-seq, and viscRNA-seq to the field, exploring their implications in cell line experiments and studies on patients infected with various flavivirus species. Comprehensive transcriptome analyses from RNA-seq technologies are pivotal in accelerating the development of effective diagnostics and therapeutics, paving the way for innovative treatments and enhancing our preparedness for future outbreaks.
With the increased number of single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) datasets in public repositories, integrative analysis of multiple scRNA-seq datasets has become commonplace. Batch effects among different datasets are inevitable because of differences in cell isolation and handling protocols, library preparation technology, and sequencing platforms. To remove these batch effects for effective integration of multiple scRNA-seq datasets, a number of methodologies have been developed based on diverse concepts and approaches. These methods have proven useful for examining whether cellular features, such as cell subpopulations and marker genes, identified from a certain dataset, are consistently present, or whether their condition-dependent variations, such as increases in cell subpopulations in particular disease-related conditions, are consistently observed in different datasets generated under similar or distinct conditions. In this review, we summarize the concepts and approaches of the integration methods and their pros and cons as has been reported in previous literature.
Cell-to-cell variability in gene expression exists even in a homogeneous population of cells. Dissecting such cellular heterogeneity within a biological system is a prerequisite for understanding how a biological system is developed, homeostatically regulated, and responds to external perturbations. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) allows the quantitative and unbiased characterization of cellular heterogeneity by providing genome-wide molecular profiles from tens of thousands of individual cells. A major question in analyzing scRNA-seq data is how to account for the observed cell-to-cell variability. In this review, we provide an overview of scRNA-seq protocols, computational approaches for dissecting cellular heterogeneity, and future directions of single-cell transcriptomic analysis.
단일세포 RNA-Seq 은 개별 세포의 유전자 발현을 제공하므로 세포마다 차등적인 고해상도 정보를 준다. 단일세포 RNA-Seq 자료에 대하여 군집화는 세포의 유형과 고수준의 생물 과정을 이해하기 위하여 수행된다. 매우 고차원이고 대용량인 단일세포 RNA-Seq을 효과적으로 처리하기 위하여, 본 논문은 변이 자동인코더를 사용하여 고차원의 자료공간을 저차원의 잠재공간으로 변환하여, 보다 정확한 군집화를 수행할 수 있는 특징공간을 만든다. 차원이 축소된 잠재공간에 다양한 군집화 방법을 적용하는 접근을 다양한 전통적인 단일세포 RNA-Seq 군집화 방법과 성능을 비교하였다. 군집화 실험을 통하여, 제안한 방법은 기존 방법들보다 다양한 군집화 성능기준에서 성능이 개선되었다.
Recent advancements in the resolution and throughput of single-cell analyses, including single-cell RNA sequencing (scRNA-seq), have achieved significant progress in biomedical research in the last decade. These techniques have been used to understand cellular heterogeneity by identifying many rare and novel cell types and characterizing subpopulations of cells that make up organs and tissues. Analysis across various datasets can elucidate temporal patterning in gene expression and developmental cues and is also employed to examine the response of cells to acute injury, damage, or disruption. Specifically, scRNA-seq and spatially resolved transcriptomics have been used to describe the identity of novel or rare cell subpopulations and transcriptional variations that are related to normal and pathological conditions in mammalian models and human tissues. These applications have critically contributed to advance basic cardiovascular research in the past decade by identifying novel cell types implicated in development and disease. In this review, we describe current scRNA-seq technologies and how current scRNA-seq and spatial transcriptomic (ST) techniques have advanced our understanding of cardiovascular development and disease.
Intratumor heterogeneity within a single tumor mass is one of the hallmarks of malignancy and has been reported in various tumor types. The molecular characterization of intratumor heterogeneity in breast cancer is a significant challenge for effective treatment. Using single-cell RNA sequencing (RNA-seq) data from a public resource, an ERBB pathway activated triple-negative cell population was identified. The differential expression of three subtyping marker genes (ERBB2, ESR1, and PGR) was not changed in the bulk RNA-seq data, but the single-cell transcriptomes showed intratumor heterogeneity. This result shows that ERBB signaling is activated using an indirect route and that the molecular subtype is changed on a single-cell level. Our data propose a different view on breast cancer subtypes, clarifying much confusion in this field and contributing to precision medicine.
Recently, single cell RNA sequencing (scRNA-seq) technology has enabled the discovery of novel or rare subtypes of cells and their characteristics. This technique has advanced unprecedented biomedical research by enabling the profiling and analysis of the transcriptomes of single cells at high resolution and throughput. Thus, scRNA-seq has contributed to recent advances in cardiovascular research by the generation of cell atlases of heart and blood vessels and the elucidation of mechanisms involved in cardiovascular development and diseases. This review summarizes the overall workflow of the scRNA-seq technique itself and key findings in the cardiovascular development and diseases based on the previous studies. In particular, we focused on how the single-cell sequencing technology can be utilized in clinical field and precision medicine to treat specific diseases.
단세포 RNA 시퀀싱 데이터(single-cell RNA-sequencing data, 이하 단세포 RNA 데이터)는 세포 조직으로부터 추출한 각 단세포 별 유전자의 신호를 기록한 데이터로, 세포 간의 이질성을 파악하는 것을 주요 목적으로 한다. 그러나 단세포 RNA 데이터는 샘플링 및 기술적인 한계로 인해 결측비율이 높고, 노이즈가 크다. 이러한 이유 때문에 기존의 군집화 방법을 적용하는 데에 한계가 존재한다. 본 논문에서는 단세포 RNA 데이터 분석에서 모티브를 얻어 스펙트럼 군집화(spectral clustering) 기반의 방법을 제안한다. 특히 유사도 행렬(similarity matrix) 계산에서 유전자 별로 가중치를 부여하여 기존의 단세포 데이터 분석 방법과 차별화하였다. 제안하는 군집화 방법은 유전자별 가중치를 부여함과 동시에 세포를 군집화한다. 군집화는 반복 알고리즘을 통해 제안하는 비볼록식(non-convex optimization)을 풀어 진행한다. 또한 실데이터 적용과 시뮬레이션을 통해 제안하는 군집화 방법이 기존의 방법보다 군집을 잘 구분하는 것을 보인다.
Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) affects close to 400 million people worldwide and is the 3rd leading cause of mortality. It is a heterogeneous disorder with multiple endophenotypes, each driven by specific molecular networks and processes. Therapeutic discovery in COPD has lagged behind other disease areas owing to a lack of understanding of its pathobiology and scarcity of biomarkers to guide therapies. Single cell RNA sequencing (scRNA-seq) is a powerful new tool to identify important cellular and molecular networks that play a crucial role in disease pathogenesis. This paper provides an overview of the scRNA-seq technology and its application in COPD and the lessons learned to date from scRNA-seq experiments in COPD.
Single cell transcriptome analysis is a powerful tool for defining cell types or sub-populations within a heterogeneous bulk population. Tumor-associated microenvironment is a complex ecosystem consisting of numerous cell types that support tumor growth, angiogenesis, immune evasion, and metastasis. With the success of checkpoint inhibitors targeting the immune cell compartment, tumor microenvironment is emerging as a potential anti-cancer target, and understanding it has become an imminent subject in cancer biology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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