生信碱移
scMLnet 使用笔记
本文将介绍如何使用 scMLnet 从单细胞 RNA 测序数据推断细胞通讯中的调控网络
中山大学 孙小强 教授团队于2020年开发了一种 scRNA-seq 数据驱动的多层网络方法 (scMLnet)。scMLnet不仅可以模拟细胞间通信，还可以模拟细胞内基因调控网络。其基于细胞类型特异性基因表达、先验网络信息和统计推断，整合了细胞间通路（配体-受体相互作用）和细胞内子网络（受体-TF 通路和 TF-靶基因相互作用）。这意味着，scMLnet 可用于使用 scRNA-seq 数据预测细胞内基因表达的微环境调节因子，并了解细胞间通讯的功能作用。
github项目地址：
https://github.com/SunXQlab/scMLnet
软件包与输入的配置
首先需要在R语言中安装 scMLnet 包
install.packages("devtools")
library(devtools)
devtools::install_github("YUZIXD/scMLnet")
同时需要进行python及多层网络分析相关库的安装：
①pip的安装：通过 https://pypi.python.org/pypi/pip#downloads 网址安装pip管理工具，下载压缩包，解压后使用cmd命令窗口进入解压文件夹目录如下图，运行 python setup.py install 即可
②相关库的安装：打开cmd命令行运行以下代码安装 networkx、matplotlib、scipy、pymnet：
pip install networkx
pip install matplotlib
pip install git+https://github.com/bolozna/Multilayer-networks-library
pip install scipy
③工作目录下提前放好code与database两个文件夹：
这两个文件直接在github上下载就好了：
注意一下，database的文件是可以自己准备的，是配体-受体、受体-TF、TF-mRNA的互作信息
正式运行
#引用R包
library(dplyr)
library(Seurat)
library(patchwork)
library(ggplot2)
library(SingleR)
library(cowplot)
library(tidyverse)
library(scMLnet)
seurat对象的构建：
#设置目录并读取data文件夹下的10X文件
data_dir <- paste0(getwd(),"/data") #路径必须中文
samples=list.files(data_dir)
dir=file.path(data_dir,samples)
afdata <- Read10X(data.dir = dir)
# 简单创建一个seurat对象“sample”，每个feature至少在3细胞中表达同时每个细胞中至少200个feature被检测到
sample <- Seurat::CreateSeuratObject(counts = afdata,
project = "SeuratObject",
min.cells = 3,
min.features = 200)
# 计算一下线粒体与核糖体基因的百分比，在sample@meta.data添加列名"percent.mt"与"percent.rb"
sample <- Seurat::PercentageFeatureSet(sample, pattern = "^MT-", col.name = "percent.mt")
sample <- Seurat::PercentageFeatureSet(sample, pattern = "^RP", col.name = "percent.rb")
# 质控
mask1 <- sample$nCount_RNA >= 1000
mask2 <- sample$nFeature_RNA >= 500
mask3 <- sample$percent.mt <= 20
mask <- mask1 & mask2 & mask3
sample <- sample[, mask]
# 标准化
sample <- Seurat::SCTransform(sample)
# 简单降个维
sample <- Seurat::RunPCA(sample)
sample <- Seurat::RunUMAP(sample, dims = 1:30)
sample <- Seurat::RunTSNE(sample, dims = 1:30)
# 分一下cluster
sample <- Seurat::FindNeighbors(sample, dims = 1:30)
sample <- Seurat::FindClusters(sample, resolution = 1.2)
#singleR简单注释一下
refdata=celldex::HumanPrimaryCellAtlasData()
afdata <- GetAssayData(sample, slot="data")
cellpred <- SingleR(test = afdata,
ref = refdata,
labels = refdata$label.main,
method = "cluster",
clusters = sample@meta.data$seurat_clusters)
metadata <- cellpred@metadata
celltype = data.frame(ClusterID = rownames(cellpred),
celltype = cellpred$labels,
stringsAsFactors = F)
#########细胞注释后结果可视化
newLabels=celltype$celltype
names(newLabels)=levels(sample)
sample=RenameIdents(sample, newLabels)
简单可视化一下：
#简单可视化一下
p1<-DimPlot(sample, reduction = "pca")
p2<-DimPlot(sample, reduction = "tsne")
p3<-DimPlot(sample, reduction = "umap")
p1+p2+p3
参数设置与输入文件的准备：
#增加一列细胞属性到meta文件里
afcell=as.data.frame(sample@active.ident)
afcell=afcell[rownames(sample@meta.data),,drop=F]
sample$cell=afcell[,1]
#参数设置
pval <- 0.05
logfc <- 0.15
LigClu <- "T_cells" #研究关注提供配体的细胞亚群
RecClu <- "monocyte" #研究关注提供受体的细胞亚群
workdir <- "sample/Macrophage_Neutrophils" #结果路径
PyHome <- "D:/Python/python.exe" #python软件路径
#生成输入文件
BarCluFile=as.data.frame(sample@meta.data[,"cell",drop=F])
colnames(BarCluFile)="Cluster"
out=cbind(Barcode=rownames(BarCluFile),BarCluFile)
write.table(out,file="cellType.txt",sep="\t",quote=F,row.names=F)
我的python安装在D盘，所以 python.exe 的路径就好设置了：
构建配体-受体-TF-mRNA多层网络：
#计算配体-受体-TF-mRNA多层网络
netList <- RunMLnet(sample@assays$RNA, "cellType.txt", RecClu, LigClu,pval, logfc)
#可视化
DrawMLnet(netList,LigClu,RecClu,workdir,PyHome,plotMLnet = T)
当然以上是单独两个细胞群的受配体交互，我们也可以固定配体细胞，将多个细胞定义逐一为受体进行多次分析，综合结果绘制多细胞介导的细胞通讯调节网络：
###进行多次分析
#输入并转换为稀疏矩阵
GCMat<- as(afexp,"dgCMatrix")
#添加细胞注释
BarCluFile <- "cellType.txt"
BarCluTable <- read.table(BarCluFile,sep = "\t",header = TRUE,stringsAsFactors = FALSE)
##准备配体对，来自Neutrophils细胞群
LigClus <- unique(BarCluTable$Cluster)
LigClus <- LigClus[-grep("Neutrophils|Doublets",LigClus)]
#创建网络列表
netList <- list()
for(ligclu in LigClus){
#设置受体细胞与配体细胞
LigClu <- ligclu
RecClu <- "Neutrophils"
name <- paste(strsplit(LigClu,split = "\\W")[[1]][1],RecClu,sep = "_")
#多层网络构建
netList[[name]] <- RunMLnet(GCMat,BarCluFile,RecClu,LigClu)
}
其实也就是多次结果的汇总，用AI拼拼就是作者示范的一张美图了：
就分享到这里了
示例文件跟上篇单细胞推文一样（公众号：生信碱移）
有问题可以后台咨询
短时间没有回复请各位见谅，说不定正在忙
