基于单细胞轨迹动力学的细胞迁移动态重建方法

《npj Systems Biology and Applications》：Deciphering migration dynamics of individual cells using a trajectory-based dynamic reconstruction approach

　　

摘要

细胞迁移受细胞内信号通路和细胞外微环境的严格调控，对癌症等生理和病理过程至关重要。然而，目前缺乏基于单细胞轨迹分析目标搜寻与迁移行为统计特征及时间变化特征的有效方法。在此，我们提出了一种基于单细胞轨迹的动态重建方法，该方法主要结合小波变换、OU过程功率谱及功率谱拟合，用于分析与迁移动力学相关的定制指标。我们的结果揭示了运动参数（持时和迁移速度）与动态指标之间的多样关系，特别是存在一个最优参数域。此外，分析表明Arpin蛋白的耗竭增强了变形虫D. discoideum和侵袭性MDA-MB-231细胞的迁移潜力，并强调了一个此前未报道的结果，即功能恢复的变形虫与野生型变形虫存在区别。显著的是，在不规则变化参数的共同影响下，时间变化的动态指标中出现了周期性现象，这与迁移动力学相关。我们的分析表明，该方法可作为估计单细胞轨迹时间变化迁移潜力和统计特征的有力工具，有助于更好地理解细胞内蛋白与细胞运动模式之间的关系，并为单细胞及细胞群体的迁移动力学提供新的见解。