9강 / 20강

흔들렸는가 — 비표적 대조군이 그리는 귀무분포

에너지 거리 · 순열검정 · Replogle et al., Cell 185:2559 (2022)

유전자를 끄고 세포가 달라 보인다고 해서 그것이 효과는 아닙니다. 아무것도 하지 않은 세포들끼리도 서로 다릅니다.

그래서 순서가 이렇습니다.

🎲

1. 흔들림의 폭을 잰다

비표적 가이드끼리 견주어 아무 일 없을 때의 차이를 모읍니다

📏

2. 거리를 잰다

교란 세포 무리와 대조군 무리가 얼마나 떨어졌나

⚖️

3. 견준다

그 거리가 흔들림의 폭을 넘어서는가

고등학생얼마나 흔들려야 흔들린 건가

기준이 필요합니다. 그 기준을 비표적 대조군이 만들어 줍니다.

대조군	내용
비표적 가이드	사람 유전체 어디에도 안 붙는 서열
기대되는 결과	아무 변화 없음
실제 관찰	약간의 변동 — 이것이 배경 잡음

대조군끼리의 차이가 귀무분포입니다 — 실제 교란이 이보다 커야 신호입니다.

효과가 0 일 때도 거리는 0 이 아닙니다. 그 폭을 먼저 재 두어야 관측값을 해석할 수 있습니다.

Python 브라우저에서 실행

import numpy as np

rng = np.random.default_rng(11)

def energy(a, b):
    # 두 무리 사이의 에너지 거리 — 무리끼리 떨어진 정도에서 무리 안의 흩어짐을 뺀다
    def d(x, y):
        return np.sqrt(((x[:, None, :] - y[None, :, :]) ** 2).sum(-1)).mean()
    return 2 * d(a, b) - d(a, a) - d(b, b)

n, dim = 40, 8
ctrl = rng.normal(0, 1, (n, dim))

# 아무 일도 없을 때의 거리를 200번 모은다 — 이것이 귀무분포
null = [energy(rng.normal(0, 1, (n, dim)), rng.normal(0, 1, (n, dim))) for _ in range(200)]
null = np.array(null)

for shift in [0.0, 0.3, 0.6, 1.0]:
    pert = rng.normal(shift, 1, (n, dim))
    obs = energy(ctrl, pert)
    p = (null >= obs).mean()
    mark = "유의" if p < 0.05 else "그냥 흔들림"
    print("효과", f"{shift:.1f}", "· 거리", f"{obs:7.3f}", "· p", f"{p:.3f}", " ", mark)
print()
print("귀무분포 95% 지점:", round(float(np.quantile(null, 0.95)), 3))

실제 자료에서는 몇 개가 살아남나

고등학생에너지 거리와 순열검정

"두 세포 집단이 얼마나 다른가"를 재는 방법입니다.

단계	하는 일
1	교란 세포들과 대조군 세포들의 거리를 잰다 (에너지 거리)
2	대조군끼리 무작위로 나눠 같은 거리를 여러 번 잰다
3	실제 거리가 그 분포의 어디쯤인지 본다
4	충분히 극단적이면 "활성"으로 판정

2단계가 순열검정입니다. 이론적 분포를 가정하지 않고 자료가 스스로 기준을 만들게 해요.

Replogle 등(2022)이 대규모 Perturb-seq에서 쓴 방식입니다.

제대로 껐는데도 조용한 유전자가 이만큼입니다. 이것이 진짜 음성입니다 — 8강의 '못 물어본 것' 과는 다릅니다.

Python 브라우저에서 실행

import tgt

rows = tgt.rows()

# 넉다운도 걸렸고, 실제로 크게 흔들린 것만
active = [r for r in rows if r["kd_ok"] and r["act"] >= 50]
quiet  = [r for r in rows if r["kd_ok"] and r["act"] < 50]

print("넉다운이 유의했던 유전자", len([r for r in rows if r["kd_ok"]]), "개 중")
print("  50개 넘게 흔든 것 :", len(active))
print("  조용했던 것       :", len(quiet))
print()
print("가장 크게 흔든 것")
for r in sorted(active, key=lambda r: -r["act"])[:8]:
    print("  ", r["gene"].ljust(9), str(r["act"]).rjust(6),
          "  ", r["ann"] or "-")

고등학생활성이 곧 좋은 표적은 아니다

여기서 중요한 구분이 나옵니다. 크게 흔든 것과 좋은 표적은 다릅니다.

가장 크게 흔드는 유전자들	표적으로서
전사 기구 (RNA 중합효소 등)	모든 세포에 필수 — 부적합
번역 기구 (리보솜)	같음
스플라이싱 기구	같음
세포주기 조절자	11강 — 가짜 히트의 원천

14강에서 체를 하나 더 겁니다 — 모두를 죽이는 유전자는 표적이 아닙니다.

🤔 확인 문제

에너지 거리 검정에서 비표적 대조군끼리 먼저 견주는 이유는?

🤔 확인 문제

가장 많이 흔들린 유전자들이 전사·번역 기본 장치인 경우가 많은 이유는?