Erstellung, Benchmarking und Erforschung perturbativer Karten von transkriptionalen und morphologischen Daten

Die fortlaufende Skalierung genetischer Perturbationstechnologien in Kombination mit hochdimensionalen Assays wie Zellmikroskopie und RNA-Sequenzierung hat genomweite reverse-genetische Experimente ermöglicht, die über Einzelendpunktmessungen von Wachstum oder Letalität hinausgehen. Die aus diesen Experimenten hervorgehenden Datensätze können kombiniert werden, um perturbative "Karten der Biologie" zu erstellen, in denen Ausgaben aus verschiedenen Manipulationen (z. B. CRISPR-Cas9 Knockout, CRISPRi Knockdown, Verbindungsbehandlung) in einheitlichen, verwandbaren Einbettungsräumen platziert werden, die die Erstellung genomweiter Sätze paarweiser Vergleiche ermöglichen. Diese Karten der Biologie erfassen bekannte biologische Beziehungen und decken neue Assoziationen auf, die für nachgelagerte Entdeckungsaufgaben verwendet werden können. Der Aufbau dieser Karten umfasst viele technische Entscheidungen sowohl in experimentellen als auch in computergestützten Protokollen, was die Gestaltung von Benchmark-Verfahren motiviert, um die Kartengüte systematisch und unvoreingenommen zu bewerten. Hier (1) etablieren wir eine standardisierte Terminologie für die Schritte, die beim Aufbau perturbativer Karten beteiligt sind, (2) führen wir wichtige Klassen von Benchmarks ein, um die Qualität solcher Karten zu bewerten, (3) erstellen wir 18 Karten aus vier genomweiten Datensätzen, die verschiedene Zelltypen, Perturbationstechnologien und Datenausgabe-Modi verwenden, (4) generieren wir Benchmark-Metriken für die erstellten Karten und untersuchen die Gründe für Leistungsvariationen und (5) demonstrieren wir den Nutzen dieser Karten zur Entdeckung neuer Biologie, indem wir Rollen für zwei weitgehend unbekannte Gene vorschlagen.