단일 시점 데이터 기반 서카디안 단일세포·공간전사체 시뮬레이터 scCircaSim

일주기 리듬 분석 알고리즘을 정확히 검증하려면 참값이 명확한 모사 데이터셋이 필요하지만 기존 시뮬레이터는 세포 및 공간 수준의 일주기 역학을 반영하지 못했다. scCircaSim은 단일 시점 전사체 참조 데이터만으로 세포와 공간 스팟 단위의 서카디안 위상 변화를 시뮬레이션한다. 이를 통해 위상 추정 및 주기 유전자 탐색 알고리즘을 객관적으로 평가할 수 있는 정답 세트를 제공한다.

무엇을 했나

• 단일 시점 참조 전사체 데이터에서 앵커 유전자 리듬의 네트워크 전파와 공간 이웃 효과를 반영하는 R 기반 시뮬레이션 프레임워크 scCircaSim을 개발했다.
• 세포 및 공간 스팟별 위상 라벨, 주기성 여부, 유전자 단위의 mesor, 진폭, 위상 참값이 포함된 시뮬레이션 데이터를 생성했다.
• 참조 데이터 고유의 이질성을 유지하면서도 지정된 시간적 발현 패턴이 모사 데이터에 정확히 반영됨을 검증했다.
• 기존 세포 위상 추정 도구 4종과 주기 유전자 분석 도구 3종을 벤치마킹해 위상 정확도와 데이터 복원 성능 차이를 확인했다.

왜 눈여겨볼 만한가

다시간대 샘플 확보가 어려운 일주기 전사체 연구에서 분석 파이프라인을 검증하고 실험 계획을 수립할 때 유용하다. 단일 시점 데이터만으로 공간적 이웃 효과까지 반영된 지상검증(ground truth) 데이터를 손쉽게 만든다는 점에서 Visium이나 Xenium 기반 일주기 연구에 활용도가 높다. 다만 참조 데이터의 네트워크 전파 모델에 의존하므로 실제 조직 내 복잡한 비선형 서카디안 신호 전달까지 완벽히 재현하는지에는 검토가 필요하다.

원문

• bioRxiv Bioinformatics · DOI 10.64898/2026.11.05.764753