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クラリネットプロット: バイオリンプロットに代わるscRNA-seqデータのゼロ過剰分布の表示法
奥 牧人 (富山大学)
2023/11/29
第76回 バイオ情報学研究会

Transcript

1. クラリネットプロット: バイオリンプロットに代わる scRNA-seqデータの ゼロ過剰分布の表示法 奥 牧人 (富山大学) 2023/11/29 第76回 バイオ情報学研究会 1 / 27
2. Outline はじめに バイオリンプロット クラリネットプロット 適用例 描画スタイル クラリネットプロットが適さない例 公開ツール まとめと考察 2 / 27
3. Outline はじめに バイオリンプロット クラリネットプロット 適用例 描画スタイル クラリネットプロットが適さない例 公開ツール まとめと考察 3 / 27
4. はじめに 単一細胞RNAシーケンス (single cell RNA-sequencing) 略して scRNA-seq 試料中の各細胞に含まれるmRNAなどの転写産物の量を 次世代シーケンサーで網羅的に計測する手法 非常に多くの0の値を含む ゼロ過剰 な分布を示す。 0の値の発生を ドロップアウト と呼ぶ。 4 / 27
5. バイオリンプロット scRNA-seqデータには バイオリンプロット がよく使われる。 しかし、0の割合が大きいと非ゼロの部分が潰れてしまう。 5 / 27
6. クラリネットプロット 本研究では クラリネットプロット を提案する。 0の割合と非ゼロの分布を同時に表すことが出来る。 6 / 27
7. Outline はじめに バイオリンプロット クラリネットプロット 適用例 描画スタイル クラリネットプロットが適さない例 公開ツール まとめと考察 7 / 27
8. バイオリンプロット ヒストグラムと似ている。 ヒストグラムを滑らかにした ような カーネル密度推定 を使う。 これを複製して反転し、元の図に 加える。 縦向きにする。 元論文では内側に箱ひげ図を 入れていたが、scRNA-seqでは 入れないことも多い。 8 / 27
9. Outline はじめに バイオリンプロット クラリネットプロット 適用例 描画スタイル クラリネットプロットが適さない例 公開ツール まとめと考察 9 / 27
10. クラリネットプロット データを大きさの順に並べて 棒グラフにする。 棒グラフの上端を結んで 折れ線グラフにする。 横軸を0から1までの 分位数 に 置き換える。 図を複製して反転し、元の図に 加える。 (必要に応じて) 縦向きにする。 10 / 27
11. 分位関数 クラリネットプロットは 分位関数 に対応する。 確率密度関数を積分したものが累積分布関数 累積分布関数の逆関数が分位関数 11 / 27
12. 名前について クラリネットプロットという名前は、バイオリンプロットとの 関係が分かりやすいよう、楽器の中から選んだ。 他にも幾つか考えたが、既に別の意味で使われていた。 つららプロット (Kruskal & Landwehr, 1983) 鍾乳石プロット (Atkinson & Mulira, 1993) トランペットプロット (Corte, Liou & O'Reilly, 2023) 芋虫プロット (van Buuren & Fredriks, 2001) 12 / 27
13. Outline はじめに バイオリンプロット クラリネットプロット 適用例 描画スタイル クラリネットプロットが適さない例 公開ツール まとめと考察 13 / 27
14. 人工データへの適用例 1番を基準 2, 3番は平均を変更 4, 5番は分散を変更 6, 7番は歪度を変更 8番は二峰性 14 / 27
15. 実データへの適用例 GSE180139のデータ を使用 ランダムに10個 15 / 27
16. Outline はじめに バイオリンプロット クラリネットプロット 適用例 描画スタイル クラリネットプロットが適さない例 公開ツール まとめと考察 16 / 27
17. 描画スタイル A. 上下反転、B. 横向き、C. 末尾の直線を非表示、D. 縦軸を分位数 でなく順位に変更 17 / 27
18. 描画スタイル、続き E. 半分、F. バイオリンプロットと半分ずつ、G. ヒートマップ、 H. 縞模様 18 / 27
19. Outline はじめに バイオリンプロット クラリネットプロット 適用例 描画スタイル クラリネットプロットが適さない例 公開ツール まとめと考察 19 / 27
20. 適さない例、その1 複雑な分布の形を調べるのには向いていない。 おそらく積分により高周波成分の信号が弱まるため 20 / 27
21. 適さない例、その2 外れ値を含むデータにも適していない。 最大幅は最大値で決まるので、細くなってしまう。 21 / 27
22. 適さない例、その3 負の値を含むデータにも必ずしも適さない。 例えば、3番のピーク付近が細く表示され、直観に反する。 22 / 27
23. Outline はじめに バイオリンプロット クラリネットプロット 適用例 描画スタイル クラリネットプロットが適さない例 公開ツール まとめと考察 23 / 27
24. 公開ツール クラリネットプロットを作図するPythonのコードは GitHubで公開済み https://github.com/okumakito/clarinet_plot Google Colabのノートブックで開けるようにしてある。 24 / 27
25. Outline はじめに バイオリンプロット クラリネットプロット 適用例 描画スタイル クラリネットプロットが適さない例 公開ツール まとめと考察 25 / 27
26. まとめと考察 まとめ バイオリンプロットに代わるscRNA-seqデータのゼロ過剰分布の 表示法として、クラリネットプロットを提案した。 0の割合と非ゼロの分布を同時にうまく表せる。 一部の細胞のみで高発現する遺伝子のデータ分布を見るには、 バイオリンプロットより適していると考えられる。 考察 普及するかどうかはSeurat (スーラ) 次第 少なくとも私は同期性揺らぎ遺伝子の 研究で今後使う予定 26 / 27
27. ご清聴どうもありがとうございました! 27 / 27