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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 1 / 27

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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ご清聴どうもありがとうございました! 27 / 27