Seurat基因集打分函数AddModuleScore

与之前学过的AUCell一样,Seurat里面自带的函数AddModuleScore也可以给细胞打分,我用之前拿的数据,把AUCell换成AddModuleScore玩一下。

1.提取指定GOterm的基因

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7606976/

在这篇文章里提到,Reactive oxygen species (ROS) 活性氧相关的17个GO条目,可以把这些基因提取出来。使用msigdbr包搞定。Data_Sheet_2.XLSX是文章的附件

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7606976/bin/Data_Sheet_2.XLSX

rm(list = ls())
library(tidyverse)
dat = rio::import("Data_Sheet_2.XLSX")
g = dat[-1,1]
g

##  [1] "GO_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES_BIOSYNTHETIC_PROCESS"                       
##  [2] "GO_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES_METABOLIC_PROCESS"                          
##  [3] "GO_POSITIVE_REGULATION_OF_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES_BIOSYNTHETIC_PROCESS"
##  [4] "GO_NEGATIVE_REGULATION_OF_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES_BIOSYNTHETIC_PROCESS"
##  [5] "GO_NEGATIVE_REGULATION_OF_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES_METABOLIC_PROCESS"   
##  [6] "GO_POSITIVE_REGULATION_OF_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES_METABOLIC_PROCESS"   
##  [7] "GO_MITOCHONDRIAL_ELECTRON_TRANSPORT_CYTOCHROME_C_TO_OXYGEN"            
##  [8] "GO_SUPEROXIDE_GENERATING_NADPH_OXIDASE_ACTIVITY"                       
##  [9] "GO_HYDROGEN_PEROXIDE_METABOLIC_PROCESS"                                
## [10] "GO_HYDROGEN_PEROXIDE_CATABOLIC_PROCESS"                                
## [11] "GO_PENTOSE_METABOLIC_PROCESS"                                          
## [12] "GO_RESPONSE_TO_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES"                                
## [13] "GO_REGULATION_OF_RESPONSE_TO_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES"                  
## [14] "GO_CELLULAR_RESPONSE_TO_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES"                       
## [15] "GO_REGULATION_OF_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES_BIOSYNTHETIC_PROCESS"         
## [16] "GO_REGULATION_OF_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES_METABOLIC_PROCESS"            
## [17] "GO_NEGATIVE_REGULATION_OF_RESPONSE_TO_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES"

17条term👆

2.从msigdbr查找这些term

library(msigdbr)
GO_df = msigdbr(species = "Homo sapiens",category = "C5") %>% 
  dplyr::select(gene_symbol,gs_name,gs_subcat)

dim(GO_df)

## [1] 1424471       3

table(GO_df$gs_subcat)

## 
##  GO:BP  GO:CC  GO:MF    HPO 
## 721379 115769 122674 464649

GO_df = GO_df[GO_df$gs_subcat!="HPO",]

table(g %in% GO_df$gs_name)

## 
## FALSE 
##    17

全部匹配失败啦?

其实是因为前缀不同

head(GO_df$gs_name,3)

## [1] "GOBP_10_FORMYLTETRAHYDROFOLATE_METABOLIC_PROCESS"
## [2] "GOBP_10_FORMYLTETRAHYDROFOLATE_METABOLIC_PROCESS"
## [3] "GOBP_10_FORMYLTETRAHYDROFOLATE_METABOLIC_PROCESS"

head(g,3)

## [1] "GO_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES_BIOSYNTHETIC_PROCESS"                       
## [2] "GO_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES_METABOLIC_PROCESS"                          
## [3] "GO_POSITIVE_REGULATION_OF_REACTIVE_OXYGEN_SPECIES_BIOSYNTHETIC_PROCESS"

把前缀去掉来匹配,顺便把大写变成小写,变得易读一点。

sn = GO_df$gs_name %>%
  str_to_lower()%>%
  str_replace("_","///") %>%
  str_split("///",simplify = T)%>%
  .[,2] %>%
  str_replace_all("_"," ")
head(sn)

## [1] "10 formyltetrahydrofolate metabolic process"
## [2] "10 formyltetrahydrofolate metabolic process"
## [3] "10 formyltetrahydrofolate metabolic process"
## [4] "10 formyltetrahydrofolate metabolic process"
## [5] "10 formyltetrahydrofolate metabolic process"
## [6] "10 formyltetrahydrofolate metabolic process"

GO_df = mutate(GO_df,short_name = sn)

g = str_to_lower(g)%>%
  str_replace("_","///") %>%
  str_split("///",simplify = T)%>%
  .[,2] %>%
  str_replace_all("_"," ")
head(g)

## [1] "reactive oxygen species biosynthetic process"                       
## [2] "reactive oxygen species metabolic process"                          
## [3] "positive regulation of reactive oxygen species biosynthetic process"
## [4] "negative regulation of reactive oxygen species biosynthetic process"
## [5] "negative regulation of reactive oxygen species metabolic process"   
## [6] "positive regulation of reactive oxygen species metabolic process"

table(g %in% GO_df$short_name)

## 
## FALSE  TRUE 
##     1    16

经过数据框搜索,发现匹配不上的那个其实是因为少了俩空格。。。

所以直接改一下就好。

“superoxide generating nadph oxidase activity”

“superoxide generating nad p h oxidase activity”

g[!(g %in% GO_df$short_name)] = "superoxide generating nad p h oxidase activity"
table(g %in% GO_df$short_name)

## 
## TRUE 
##   17

rosgene = GO_df %>%
  filter(short_name %in% g) %>%
  pull(gene_symbol) %>%
  unique()
length(rosgene)

## [1] 402

2.打分

与之前做过的Aucell不同,这个是seurat自带的函数,使用起来更加简单

sce.all是seurat+singleR得出的对象,markers是findallmarkers得到的数据框。

load("sce.all.Rdata")
load("makers.Rdata")
k = markers$p_val_adj < 0.05 & 
  abs(markers$avg_log2FC) > 1.5 & 
  markers$pct.1 > 0.5 & 
  markers$pct.2 < 0.5
table(k)
## k
## FALSE  TRUE 
## 13100  1483
gi = intersect(markers[k,"gene"],rosgene) 
#32个
library(Seurat)
DotPlot(sce.all,features = gi,cols = "RdYlBu",
        group.by = "RNA_snn_res.0.5")+RotatedAxis()
sce.all =  AddModuleScore(object = sce.all,list(gi))
colnames(sce.all@meta.data)
##  [1] "orig.ident"      "nCount_RNA"      "nFeature_RNA"    "patient"        
##  [5] "time"            "sample_ID"       "clst"            "TSNE_x"         
##  [9] "TSNE_y"          "percent.mt"      "percent.hb"      "RNA_snn_res.0.5"
## [13] "seurat_clusters" "Cluster1"

这个分数是直接加到meta.data里面的咯。列名也有默认,叫Cluster1.

3.FeaturePlot可视化

标准版:

library(Seurat)
FeaturePlot(sce.all,features = "Cluster1") 

定制版:

dat<- data.frame(sce.all@meta.data, 
                sce.all@reductions$umap@cell.embeddings,
                sce.all@active.ident)
colnames(dat)[ncol(dat)] = "seurat_annotation"
class_avg <- dat %>%
  group_by(seurat_annotation) %>%
  summarise(
    UMAP_1 = median(UMAP_1),
    UMAP_2 = median(UMAP_2)
  )

library(ggpubr)
ggplot(dat, aes(UMAP_1, UMAP_2))  +
  geom_point(aes(colour  = Cluster1)) + viridis::scale_color_viridis(option="A") +
  ggrepel::geom_label_repel(aes(label = seurat_annotation),
                            data = class_avg,
                            label.size = 0,
                            segment.color = NA)+
  theme(legend.position = "none") + theme_bw()
dat$score_group = ifelse(dat$Cluster1>median(dat$Cluster1),"active","non_active")

4.活跃和不活跃组的细胞比例条形图

ggplot(dat,aes(score_group,fill = seurat_annotation))+
  geom_bar(position = "fill", alpha = 0.9)+
  scale_fill_brewer(palette = "Set1")+
  theme_classic()
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