转录因子是细胞内关键的基因调控分子，它们通过结合到DNA上的特定序列并影响RNA聚合酶活性来调节基因表达。
基因表达是由转录因子（TFs）与其相应的靶基因共同协调相互作用来维持，因此分析单细胞的基因调控网络有助于深入挖掘细胞异质性背后的生物学意义。
作为主流的单细胞转录因子分析工具，SCENIC在单细胞转录组数据构建基因调控网络、转录因子分析以及细胞状态鉴定方面上表现优异。目前主要有R和python两个版本。
转录因子分子与DNA上的结合位点结合，从而调控基因产生蛋白质的过程
目前，SCENIC提供Human、Mouse、Fly和Chicken物种的数据库，其他物种的SCENIC的分析，作者提供了构建数据库的方法[create_cisTarget_databases] https://github.com/aertslab/create_cisTarget_databases)。构建物种SCENIC的数据库相对繁琐而且要求该物种有一定的转录因子研究基础，因此建议，如果是动物的话，可以利用提供的上述物种的数据库文件通过基因同源转换来构建此物种的SCENIC数据库。
SECNIC分析原理介绍
基于基因表达矩阵，构建TF-靶基因共表达网络，初步获得对应关系。
基于TF结合的motif信息和靶基因包含的motif的信息，优化上一步获得的对应关系，最终获得TF-靶基因互作关系，构成一个包含TF和靶基因的调控网络模块 (regulons)。
对regulons在不同细胞中的活性定量，并可视化展示。
进一步可基于Cytoscape软件绘制不同Regulons之间的互作图。
SCENIC的三个算法步骤
SCENIC分析数据挖掘策略
STRATEGY 1
分析策略一
先基于表达筛选所有细胞类型特异性TFs，然后再通过SCENIC分析获得所有细胞类型特异性regulons，取二者交集，锁定关键调控TFs并构建调控网络。
题目名称：Single-cell dynamics of liver development in postnatal pigs.
发表期刊：Science bulletin（IF：18.9）
基于snRNA-seq筛选出190个在肝脏所有细胞类型中特异性高表达的TFs。在这些TFs中，作者确认了已知的关键调节因子如HNF4A、HNF1B、NR5A2等，并首次鉴定到LUZP2是成年猪研究肝窦内皮细胞（LSEC）特异的转录因子编码基因。
snRNA-seq鉴定调控肝脏发育的细胞类型特异性转录因子
研究肝窦内皮细胞（LSEC）内3个特异性TFs（LUZP2、NR5A2和ERG）在不同时间点的表达情况，LUZP2在胚胎期LSECs中表达较低，在成年期表达显著增高，提示其在肝脏发育成熟过程中的潜在作用。基于成年期snATAC-seq结果，作者在LSECs中观察到了LUZP2位点的开放染色质峰（peaks），并通过多重免疫组化（mIHC）验证了其表达。
验证LSEC中LUZP2的活性
通过单细胞SCENIC分析，作者明确了肝窦内皮细胞（LSECs）中一个与LUZP2相关的regulons，与其相关的多个靶基因参与Hippo信号通路调控，在细胞增殖和凋亡中起重要作用，表明LUZP2可能参与调节肝脏大小和生长。
基于SCENIC分析构建基因调控网络
STRATEGY 2
分析策略二
先锁定目标细胞类型并进行SECNIC分析，比较regulons在处理组和对照组的活性差异，筛选关键regulons并锁定候选TFs，构建关键调控网络。
题目名称：Multiome in the Same Cell Reveals the Impact of Osmotic Stress on Arabidopsis Root Tip Development at Single-Cell Level
发表期刊：Advanced Science（IF：14.3）
本文研究了在渗透胁迫下，拟南芥根尖逆境应答的基因表达调控网络。通过前期的snRNA-seq + snATAC-seq联合分析，明确渗透胁迫影响了初始细胞向生毛细胞的分化过程，所以锁定生毛细胞做进一步分析。
对生毛细胞进行SCENIC分析，并比较该细胞类群所包含的regulons在处理组和对照组中的活性差异，锁定了以转录因子WRKY17和WRKY11的核心调控网络。qPCR结果显示：WRKY17和WRKY11在渗透处理组中高表达，验证了上述分析结果。
基于SCENIC分析构建基因调控网络
STRATEGY
延伸
确定候选转录组因子后可敲除/敲降候选转录组因子，通过scRNA-seq验证靶基因的表达变化。
确定候选转录组因子后，运用基因编辑技术（例如CRISPR/Cas9系统）或基因表达抑制方法（如RNA干扰技术）来敲除或敲降这些转录因子在细胞内的表达水平。通过观察突变体表型及snRNA-seq验证靶基因的表达变化。由于不同细胞类型中存在特异性表达的转录因子，使用Bulk RNA-seq验证靶基因表达可能缺乏敏感性。因此，推荐进一步采用scRNA-seq技术，以更精确地验证和解析靶基因表达的具体变化情况。
以上就是今天介绍的全部内容了，我们下期再见~
参考文献
[1]Rao, Lin et al. “Single-cell dynamics of liver development in postnatal pigs.” Science bulletin vol. 68,21 (2023): 2583-2597. doi:10.1016/j.scib.2023.09.021.
[2] Liu, Qing et al. “Multiome in the Same Cell Reveals the Impact of Osmotic Stress on Arabidopsis Root Tip Development at Single-Cell Level.” Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)vol. 11,24 (2024): e2308384. doi:10.1002/advs.202308384.
[3] Liew, Lim Chee et al. “Establishment of single-cell transcriptional states during seed germination.” Nature plants vol. 10,9 (2024): 1418-1434. doi:10.1038/s41477-024-01771-3
